为什么Malloc（）关心边界对齐？

Question

我听说malloc()根据分配的类型对齐内存。例如，从书中了解和使用C指针：

  

分配的内存将根据指针的数据类型进行对齐。例如，一个四字节整数将分配在一个可被4整除的地址边界上。

如果我遵循，这意味着 int *integer=malloc(sizeof(int));将分配在可被4整除的地址边界上。即使没有在malloc上投射(int *)。

我在聊天服务器上工作;我读了similar effect struct s。

我不得不问：从逻辑上讲，为什么地址边界本身可以被整除呢？使用地址n*sizeof(int)上的整数将一组内存分配到129曲调有什么问题？

我知道指针算法是如何工作的*(integer+1)，但我无法弄清楚边界的重要性......

Answer 1

  

分配的内存将根据指针的数据进行对齐   类型。

如果你在谈论malloc，这是错误的。 malloc并不关心您对数据执行的操作，并会根据最严格的本机实现类型分配内存。

来自标准：

  

如果分配成功，则返回指针，适当地对齐   它可以被分配给指向任何类型的对象的指针   基本对齐要求然后用来访问这样的   对象或分配的空间中的此类对象的数组（直到   空间明确解除分配）

和

  

逻辑上，为什么地址边界本身很重要   

可分割

由于底层机器的工作原理，访问未对齐的数据可能更昂贵（例如x86）或非法（例如arm）。这使得硬件可以采用快捷方式来提高性能/简化实施。

Answer 2

在许多处理器中，未对齐的数据将导致“陷阱”或“异常”（这是一种不同于C ++编译器所理解的异常形式。即使在数据不存在时也不会陷阱的处理器上当数据未正确对齐时，它通常较慢（例如，慢两倍）。因此，在编译器/运行时库中确保事物很好地对齐是最好的。

顺便说一句，malloc（通常）不知道你在分配什么。 Insteat，malloc会将所有数据（无论大小是多少）对齐到一些合适的边界，这些边界对于一般数据访问来说“足够好” - 在现代OS /处理器组合中通常为8或16个字节，4个字节在旧系统。

这是因为malloc不会知道您是char* p = malloc(1000);还是double* p = malloc(1000);，所以它必须假设您正在存储double或其他任何项目最大的对齐要求。

Answer 3

对齐的重要性不是语言问题，而是硬件问题。某些机器无法读取未正确对齐的数据值。其他人可以这样做，但效率较低，例如，需要两次读取才能读取一个未对齐的值。

Answer 4

书的引用是错误的; malloc返回的内存保证为任何类型正确对齐。即使您编写char *ch = malloc(37);，它仍然会与int或任何其他类型对齐。

你似乎在问＆＃34;什么是对齐？＆＃34;如果是这样，那么关于这个问题就有几个问题，例如： here，或来自IBM here的好解释。

Answer 5

这取决于硬件。即使假设int是32位，malloc(sizeof(int))也可以返回可被1,2或4整除的地址。不同的处理器以不同方式处理未对齐的访问。

处理器不再直接从RAM中读取，这太慢了（需要数百个周期）。因此，当他们抓住RAM时，他们会以大块的方式抓取它，例如一次64个字节。如果您的地址未对齐，则4字节整数可能跨越两个64字节高速缓存行，因此您的处理器必须执行两次加载并修复结果。或许工程师决定构建硬件以修复未对齐的负载是不必要的，因此处理器发出异常信号：程序崩溃，或者操作系统捕获异常并修复操作（数百个浪费的周期） ）。

对齐地址意味着您的程序可以很好地与硬件配合使用。

Answer 6

因为它更快;大多数处理器喜欢对齐的数据。甚至，某些处理器 CAN NOT 访问未对齐的数据！ （如果您尝试访问此数据，处理器可能会出现故障）