问题标签 [memory-alignment]

我试图了解堆栈对齐是如何工作的，如什么是“堆栈对齐”中所述？但我很难找到一个小例子来证明上述行为。我正在检查我的函数 foo 的堆栈分配：

我用（即没有任何编译器标志）编译了源文件，gcc -ggdb example.c -o example.out并且来自 gdb 的汇编程序转储读取：

我的堆栈以 16 个字节的块分配（我用其他几个测试验证了这一点）。根据此处的汇编程序转储，已分配 32 个字节，因为 (16 < 4+16 < 32)，但是我希望在前 16 个字节上分配整数“a”，然后在接下来的 16 个字节上分配字符数组（中间留出 12 个字节的空间）。但似乎整数和字符数组都被分配了一个 20 字节的连续块，根据我上面提到的讨论，这是低效的。有人可以解释一下我在这里缺少什么吗？

编辑：我得出的结论是，我的堆栈被分配为 16 个字节的块，程序如下：

以及相应的汇编转储：

您可以看到堆栈上已为大小为 1 的字符数组分配了 16 个字节（仅需要 1 个字节）。我可以将数组的大小增加到 16 并且汇编程序转储保持不变，但是当它为 17 时，它会在堆栈上分配 32 个字节。我已经运行了很多这样的样本，结果是一样的；堆栈内存以 16 字节的块分配。在堆栈分配、填充和对齐中讨论了一个类似的主题，但我更想知道的是为什么对齐在我的示例中没有效果。

如何在 gcc 中明确禁用已定义变量的对齐？
拿这个代码：

这将定义一个大小为 24 字节的结构。
我试着做：

所以

&memstrx[0]应该有一个值 0x502
&memstrx[1]， 0x51A
&memstrx[2]， 0x532

...等等等等。

但事情似乎不太对劲。

相反，

&memstrx[1], 显示地址 0x522
&memstrx[2], 0x542
&memstrx[3], 0x552

... 等等等等。

我怀疑 GCC 已经隐式地将结构重新调整为 32 字节（从 24 字节），强制（每个条目的 64 位对齐）。而且我真的不希望这种行为只针对这种结构。我应该如何告诉 GCC 不对齐该结构？

我一直在阅读MSDN中有关无锁编程的文章。它说 ：

在所有现代处理器上，您可以假设 自然对齐的本机类型的读取和写入是原子的。只要内存总线至少与正在读取或写入的类型一样宽，CPU 在单个总线事务中读取和写入这些类型，使得其他线程无法看到它们处于半完成状态。

它给出了一些例子：

我读了很多答案和评论说，在 C++ 中没有任何东西可以保证是原子的，甚至在标准中都没有提到它，在 SO 中，现在我有点困惑。我误解了这篇文章吗？还是文章作者谈论的是非标准的和特定于 MSVC++ 编译器的东西？

所以根据文章，下面的任务必须是原子的，对吧？

如果是真的，替换Name[5]和pad3[3]对std::string Name;内存对齐有什么影响吗？Number2对变量和变量的赋值Value仍然是原子的吗？

有人可以解释一下吗？

我正面临着一件非常了不起的事情。（场景：Win7 pro 64位，VC2008编译32位代码）

假设一个主程序实例化一个使用 std::map 的类。
这是一个 std::map<std::string,Props> 类 Props 只有两个成员：

现在...我构建了一个 DLL，为它自己的业务使用相同的类。
DLL 实例化该类并提供 std::map。

嗯...当主程序提供地图时一切正常，而 DLL 在第一个项目插入后崩溃。

更多（非常有趣）的东西。
如果我深入到由主程序完成的插入，我将单个 _Node 的构造函数放入 std::map
_Node 显示如下（c:\Programmi\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\include\xtree）

很好……所以我们的 _Node 结构有 _Left（4 字节）、_Parent（4 字节）、_Right（4 字节）、_Myval（地图的键和值的大小）、_Color（1 字节）和 _Isnil（1 字节）。
现在...我要为地图提供的元素是一对 <std::string, Props>。
根据我的调试器，std::string 需要 0x20 个字节，而 Props 只需要 8 个。

现在，当我询问调试器单个节点的大小时，我可以看到它是 0x38。所以...0x4 + 0x4 + 0x4 + 0x20 + 0x8 + 0x1 + 0x1 = 0x36 + 填充 = 0x38。
这意味着 _Color 成员在 _Node 开始后的 0x34 字节处开始。

（好吧...我宁愿指定我所有的项目都使用 /Zp4 所以所有结构都是 4 字节打包）。

让我们继续...当我遵循 DLL 行为时，我可以看到一些非常惊人的东西。
std::map 的 _Buynode() 方法调用分配器为我要插入的新元素设置新的大小。调用分配器而不是调用 _Node() 就地构造函数....并且它以另一种方式起作用！！

在这种情况下，构造函数表现为 _Color 成员在 _Node 开头的 0x38 字节之后开始......好像有不同的填充一样。
在此之后，在以下尝试插入新值时，该过程失败，因为 _Color 和 _Isnil 的值......错误（0xcc，因为该部分内存未初始化）。

我确定我在所有项目中都将 /Zp4 设置为解决方案，所以......
怎么了？
我“感觉”对齐有问题，但我不能说什么......

提前致谢！

好的...我要添加更多内容。
这是来自 c:\Programmi\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\include\xtree 的 _Node 结构

如您所见，它的构造函数非常简单。
当我按照我之前所说的那样查找 std::map 时，查看从这个结构中使用的内存。
- _Left
4 个字节 - _Parent 4 个字节 - _Right
4 个字节
- _Myval 0x28 个字节（std::string 为 0x20，我自己的类为 8 个。我检查过，它总是 8 个字节）
- _Color 1 个字节
- 1 _Isnil 的字节

当一个新元素放置在树的顶部（我的意思是最左边的）被创建时，这个 costructor 填充 _Left、_Parent、_Right、_Myval，而不是 lat 4 个未初始化的字节（比如填充 0xcc）并填充它认为应该是 _Color和 _Isnil 提前 4 个字节。
最荒谬的是 std::map 的其他方法不会“感觉”这 4 个字节。
这些是导致 de 断言的行。

发生这种情况是因为对 _IsNil(_Ptr) 的测试发现 _Isnil 为 0xcc，并给出了错误。发布版本可能不疯，这不是一件快乐的事。

任何想法？

又一步！
我把整个解决方案（2个大项目，18个小项目，大约250000个C/C++代码行），在Linux下编译（gcc4.1.2）。
一切都很好。完全没有问题，std::map 可以正常工作。
我不得不说 Linux Makefile 同时让一切变得更加简单和复杂。复杂是因为你必须自己做所有事情，简单是因为如果你不想做就什么都不会发生。

这告诉我一件事：Visual Studio 2008 中存在一些问题，在某些特定条件下会跳到舞台上……问题是“导致这种情况的条件是什么？”。

等待一个想法...

刚刚注意到一些对我来说很奇怪的东西。默认情况下，Visual C++ 不会将对象对齐在其所需的边界中。例如 long long 与 4 字节边界对齐，而 __alignof(T) 返回 8（据我所知，它总是返回类型的大小）。所以看起来它没有正确对齐。例如

我还尝试仅打印指针，其值为&a2（0x0035F8FC以3537148dec 为单位）。

有什么我错了吗？我需要正确对齐的 long long 类型的对象。我能做些什么呢？我可以使用__declspec(align())微软扩展，但它需要文字数字，所以我不能写这样的东西。

可能重复：
内存对齐的目的

为什么结构或任何内存分配（如 int,char）必须是字对齐的。它有什么优势？

更新：主要原因是，如果不是内存对齐，有可能数据类型（int）的一部分在一个物理页面中，而另一部分在另一个物理页面中？

我觉得这是一个更强有力的理由？

给定数据类型的字节对齐要求是否保证为 2 的幂？

除了“没有意义”之外，还有什么东西可以提供这种保证，因为它与系统页面大小不符？

（背景：C/C++，所以随意假设数据类型是 C 或 C++ 类型并给出 C/C++ 特定的答案。）

以下代码段错误是否有明显的原因？

谢谢

编辑：我在 linux/i686 上使用 g++ 4.5.0，我可能不知道我在这里做什么，但因为即使是以下段错误

我真的认为这一定是和对齐问题。

我知道在 Java 中这是一个奇怪的问题，但是有没有办法让 Java 动态内存分配与一些对齐约束对齐？例如，是否可以动态分配与页面大小对齐的对象？

我之所以要这样做，是因为我要通过JNI接口从native代码访问Java对象，而native代码库要求对象对齐。

谢谢。

我有一堂课：

我在 ARM 处理器上运行它。我遇到的问题是，当我从特定类（比如 B 类）调用 instance() 方法时，应用程序会触发内核中的对齐陷阱。如果我从其他任何地方调用 instance()，我不会遇到对齐陷阱。

对齐陷阱：未处理 [<0001b588>] 处的指令 e28fc609

如果我将指针转换为未对齐的值，我可以看到会发生这种情况，但我只是引用一个静态对象。有人会假设访问会正确对齐。

请注意，该类被大大简化了。它包含很多成员变量和方法（不是我的设计！）。

有人对我可能出错的地方或去哪里有任何建议吗？