如何只使用标准库分配对齐内存？

Question

如何只使用标准库分配对齐内存？

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我刚完成了一次工作面试的测试，其中有一个问题让我束手无策，即使使用谷歌也没能找到答案。现在请看看StackOverflow的大佬们能做什么:

memset_16aligned函数要求传递给它一个16字节对齐的指针，否则会崩溃。
a) 如何分配1024字节的内存，并将其对齐到16字节的边界？
b) 在执行memset_16aligned后释放内存。

{    
   void *mem;
   void *ptr;

   // answer a) here

   memset_16aligned(ptr, 0, 1024);

   // answer b) here    
}

- JimDaniel

94

为了确保代码的长期可行性，考虑解雇写memset_16aligned的人并修复或替换它，以使其不再具有奇特的边界条件。 - Steven A. Lowe

33

问“为什么要进行特殊的内存对齐”是一个合理的问题。但是这样做可能有好的原因——在这种情况下，memset_16aligned()可以使用128位整数，如果已知内存对齐，那么这样做更容易。等等。 - Jonathan Leffler

5

谁写的memset可以使用内部16字节对齐来清除内部循环，并使用一个小的数据前/后缀来清理非对齐的结尾。这比让编码处理额外的内存指针要容易得多。 - Adisak

9

为什么有些人希望数据按16字节边界对齐？可能是为了将其加载到128位SSE寄存器中。我认为（更新的）不对齐mov指令（例如movupd，lddqu）速度较慢，或者它们是针对没有SSE2/3处理器的情况。 - user21037

17

地址对齐可优化缓存的使用，并提高不同级别缓存和 RAM 之间的带宽利用率（对于大多数常见工作负载而言）。请参阅此处：https://dev59.com/G3RC5IYBdhLWcg3wMeBS - Deepthought

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17个回答

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- J-a-n-u-s · Answer 1

阅读这个问题时，我想到的第一件事是定义一个对齐的结构体，实例化它，然后指向它。其他人为什么没有建议这么做呢？是否有我所不知道的基本原因？

顺便说一句，由于我使用了一个char数组（假设系统的char是8位（即1字节）），我认为不一定需要__attribute__((packed)) （如果我错了，请纠正我），但我还是加上了。

我在两个系统上尝试了这个方法，它们都可以工作。但是可能存在一些编译器优化，我不知道这些优化会不会导致代码效果不佳。我在OSX上使用了gcc 4.9.2，在Ubuntu上使用了gcc 5.2.1。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main ()
{

   void *mem;

   void *ptr;

   // answer a) here
   struct __attribute__((packed)) s_CozyMem {
       char acSpace[16];
   };

   mem = malloc(sizeof(struct s_CozyMem));
   ptr = mem;

   // memset_16aligned(ptr, 0, 1024);

   // Check if it's aligned
   if(((unsigned long)ptr & 15) == 0) printf("Aligned to 16 bytes.\n");
   else printf("Rubbish.\n");

   // answer b) here
   free(mem);

   return 1;
}

- Chris · Answer 2

针对MacOS X:

使用malloc分配的所有指针都是16字节对齐的。
支持C11，因此可以直接调用aligned_malloc(16, size)。
在启动时，MacOS X会为memset、memcpy和memmove挑选针对个别处理器进行优化的代码，并且该代码使用了您从未听说过的技巧，使其速度更快。99%的机会是memset运行得比任何手写的memset16都要快，这使得整个问题毫无意义。

如果您想要一个100%可移植的解决方案，在C11之前是没有的，因为没有一种可移植的方法来测试指针的对齐方式。如果不需要100%可移植性，可以使用

char* p = malloc (size + 15);
p += (- (unsigned int) p) % 16;

这假设将指针转换为无符号整数时，指针的对齐方式存储在最低位中。将其转换为无符号整数会丢失信息，并且是实现定义的，但这并不重要，因为我们不会将结果转换回指针。

可怕的部分当然是原始指针必须保存在某个地方以调用 free()。总的来说，我真的怀疑这种设计的智慧。

- user3415603 · Answer 3

对于这个解决方案，我使用了填充的概念来对齐内存，不浪费单个字节的内存。

如果有不能浪费单个字节的限制，那么使用malloc分配的所有指针都是16字节对齐的。

支持C11，所以你可以直接调用aligned_alloc(16, size)。

void *mem = malloc(1024+16);
void *ptr = ((char *)mem+16) & ~ 0x0F;
memset_16aligned(ptr, 0, 1024);
free(mem);

- Deepthought · Answer 4

如果有限制，不能浪费一字节，那么这个解决方案就可以使用：注意：有一种情况可能会无限执行 :D

   void *mem;  
   void *ptr;
try:
   mem =  malloc(1024);  
   if (mem % 16 != 0) {  
       free(mem);  
       goto try;
   }  
   ptr = mem;  
   memset_16aligned(ptr, 0, 1024);

- resultsway · Answer 5

您还可以添加16个字节，然后通过添加（16-mod）将原始指针推送到16位对齐的位置，如下所示：

main(){
void *mem1 = malloc(1024+16);
void *mem = ((char*)mem1)+1; // force misalign ( my computer always aligns)
printf ( " ptr = %p \n ", mem );
void *ptr = ((long)mem+16) & ~ 0x0F;
printf ( " aligned ptr = %p \n ", ptr );

printf (" ptr after adding diff mod %p (same as above ) ", (long)mem1 + (16 -((long)mem1%16)) );


free(mem1);
}

- stackguy · Answer 6

size =1024;
alignment = 16;
aligned_size = size +(alignment -(size %  alignment));
mem = malloc(aligned_size);
memset_16aligned(mem, 0, 1024);
free(mem);

希望这个是最简单的实现，期待您的评论。

- Ramana · Answer 7

long add;   
mem = (void*)malloc(1024 +15);
add = (long)mem;
add = add - (add % 16);//align to 16 byte boundary
ptr = (whatever*)(add);