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我有一些关于管理对齐内存块的相关问题。跨平台的答案将是理想的。但是，由于我很确定不存在跨平台解决方案，因此我主要对 Windows 和 Linux 感兴趣，在较小程度上对 Mac OS 和 FreeBSD 感兴趣。

  1. 让一块内存在 16 字节边界上对齐的最佳方法是什么？（我知道使用的简单方法malloc()，分配一点额外空间，然后将指针提升到正确对齐的值。不过，我希望能少一些杂乱无章的东西。另外，请参见下文以获取更多信息问题。）

  2. 如果我使用普通 old malloc()，分配额外空间，然后将指针向上移动到正确对齐的位置，是否有必要将指针保持在块的开头以进行释放？（在 Windows 上调用free()块中间的指针似乎在实践中有效，但我想知道标准是怎么说的，即使标准说你不能，它是否在所有主要操作系统上都有效。我不要关心晦涩难懂的DS9K类操作系统。）

  3. 这是困难/有趣的部分。在保持对齐的同时重新分配内存块的最佳方法是什么？理想情况下，这将比调用malloc()、复制然后调用free()旧块更智能。我想尽可能地做到这一点。

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  1. 如果您的实现具有需要 16 字节对齐的标准数据类型（long long例如），malloc则已经保证您返回的块将正确对齐。C99 的第 7.20.3 节规定The pointer returned if the allocation succeeds is suitably aligned so that it may be assigned to a pointer to any type of object.

  2. 您必须将完全相同的地址传回free给您malloc。没有例外。所以是的，你需要保留原件。

  3. 如果您已经有一个需要 16 字节对齐的类型，请参见上面的 (1)。

除此之外，您可能会发现您的malloc实现无论如何都会为您提供 16 字节对齐的地址以提高效率，尽管标准不能保证这一点。如果需要，您可以随时实现自己的分配器。

我自己，我会在其malloc16上实现一个层malloc，将使用以下结构：

some padding for alignment (0-15 bytes)
size of padding (1 byte)
16-byte-aligned area

然后让你的malloc16()函数调用malloc获得比请求大 16 字节的块，找出对齐区域应该在哪里，将填充长度放在其前面并返回对齐区域的地址。

对于free16，您只需查看给定地址之前的字节以获得填充长度，从中计算出 malloc 块的实际地址，然后将其传递给free.

这是未经测试的，但应该是一个好的开始：

void *malloc16 (size_t s) {
    unsigned char *p;
    unsigned char *porig = malloc (s + 0x10);   // allocate extra
    if (porig == NULL) return NULL;             // catch out of memory
    p = (porig + 16) & (~0xf);                  // insert padding
    *(p-1) = p - porig;                         // store padding size
    return p;
}

void free16(void *p) {
    unsigned char *porig = p;                   // work out original
    porig = porig - *(porig-1);                 // by subtracting padding
    free (porig);                               // then free that
}

中的魔法线malloc16将p = (porig + 16) & (~0xf);16 添加到地址，然后将低 4 位设置为 0，实际上将其带回到下一个最低对齐点（+16保证它超过了 macoc'ed 块的实际开始）。

现在，我并没有声称上面的代码是杂乱无章的。您必须在感兴趣的平台上对其进行测试，看看它是否可行。它的主要优点是它抽象了丑陋的部分，因此您永远不必担心它。

于 2011-02-21T01:22:56.657 回答
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  1. 我不知道以比平时更严格的对齐方式请求 malloc 返回内存的任何方式。至于 Linux 上的“通常”，来自 man posix_memalign （如果你愿意，你可以使用它而不是 malloc() 来获得更严格对齐的内存）：

    GNU libc malloc() 总是返回 8 字节对齐的内存地址，因此仅当您需要更大的对齐值时才需要这些例程。

  2. 您必须使用 malloc()、posix_memalign() 或 realloc() 返回的相同指针来释放（）内存。

  3. 像往常一样使用 realloc() ，包括足够的额外空间，所以如果返回一个尚未对齐的新地址，您可以稍微使用 memmove() 来对齐它。恶心，但我能想到的最好的。

于 2011-02-21T01:25:41.910 回答
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您可以编写自己的slab分配器来处理您的对象，它可以使用 一次分配页面mmap，维护最近释放的地址的缓存以进行快速分配，为您处理所有对齐，并为您提供移动/增长对象的灵活性完全按照您的需要。malloc对于通用分配来说非常好，但是如果您知道您的数据布局和分配需求，您可以设计一个系统来准确满足这些要求。

于 2011-02-21T01:50:24.233 回答
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最棘手的要求显然是第三个，因为任何基于malloc()/realloc()的解决方案都受制于realloc()将块移动到不同的对齐方式。

在 Linux 上，您可以使用创建的匿名映射，mmap()而不是malloc(). 返回的地址mmap()必须是页面对齐的，并且映射可以扩展为mremap().

于 2011-02-21T02:15:31.467 回答
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启动 C11，您有void *aligned_alloc( size_t alignment, size_t size );原语，其中参数为：

对齐 - 指定对齐方式。必须是实现支持的有效对齐方式。 size - 要分配的字节数。对齐的整数倍

返回值

成功时，返回指向新分配内存开头的指针。返回的指针必须用 free() 或realloc () 释放。

失败时，返回一个空指针。

示例：

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


    int main(void)
    {
        int *p1 = malloc(10*sizeof *p1);
        printf("default-aligned addr:   %p\n", (void*)p1);
        free(p1);

        int *p2 = aligned_alloc(1024, 1024*sizeof *p2);
        printf("1024-byte aligned addr: %p\n", (void*)p2);
        free(p2);
    }

可能的输出：

default-aligned addr:   0x1e40c20
1024-byte aligned addr: 0x1e41000
于 2017-04-30T22:00:00.510 回答
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  1. 在您的系统上进行实验。在许多系统（尤其是 64 位系统）上，malloc()无论如何都会得到 16 字节对齐的内存。如果没有，您将不得不分配额外的空间并移动指针（在几乎每台机器上最多移动 8 个字节）。

    例如，x86/64 上的 64 位 Linux 有一个 16-byte long double，它是 16 字节对齐的 - 所以所有内存分配无论如何都是 16 字节对齐的。但是，对于 32 位程序，sizeof(long double)is 8 并且内存分配仅 8 字节对齐。

  2. 是的-您只能free()返回由malloc(). 其他任何事情都是灾难的根源。

  3. 如果您的系统执行 16 字节对齐分配，则没有问题。如果没有，那么您将需要自己的重新分配器，它执行 16 字节对齐的分配，然后复制数据 - 或者使用系统realloc()并在必要时调整重新对齐的数据。

仔细检查您的手册页malloc()；可能有一些选项和机制可以对其进行调整，使其按您的意愿运行。

在 MacOS X 上，有posix_memalign()and valloc()（它给出了一个页面对齐的分配），并且有一系列由man malloc_zoned_malloc标头标识的“分区 malloc”函数<malloc/malloc.h>。

于 2011-02-21T01:24:52.973 回答
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您可能能够 jimmy（在 Microsoft VC++ 和其他编译器中）：

#pragma pack(16)

这样 malloc( ) 被迫返回一个 16 字节对齐的指针。类似于以下内容：

ptr_16byte = malloc( 10 * sizeof( my_16byte_aligned_struct ));

如果它完全适用于 malloc()，我认为它也适用于 realloc()。

只是一个想法。

——皮特

于 2011-02-21T01:46:26.033 回答