c语言中__align()关键字的作用与内存对齐的原理

32位cpu为例,cpu在访问内存的时候是以一个字进行传输的(计算机中,一个机器字长就是cpu位数,32位cpu,四个字节为一个字),那么也就是说cpu读取数据每次都是四个字节四个字节的读取,计算机最初是从地址0开始寻址,那么寻址也就是4个字节4个字节的地址依次往后找。如果我们只需要读取一个字节的char型变量,那么计算机也是读取它所在的4个字节出来,然后提取出那个目标字节就行了,因为32位计算机每次都是4字节为操作单位。我们来思考这样一种情况

(align(m)即这个地址值一定是m的整数倍。并且其占用的空间,即大小,也是m的整数倍,__attribute__有没有都无所谓,有的话就强行指定一下具体的地址罢了,

比如stm32 的__align(64) u8 mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((at(0XC01F4000)));

// 意思是定义了一个大数组,数组所占的空间能被64整除,同时数组首地址指定为0XC01F4000这个地址,

官方说法:__attribute__((align(n))), 如果n大于此结构体中小大基本数据类型size,那么依据最大基本数据类型size对齐;否则,依据n进行对齐;

假设一个结构体是:
struct A{
    unsigned long a;
    unsigned long b;
}__attribute__((align(8)));

另一个结构体是:
struct B{
    char a;
    unsigned long b;
    unsigned short c;
    char d;
}__attribute__((align(8)));
则sizeof( A ) = 8; sizeof( B ) = 16;

我们来分析一下,A是8字节对齐,由于成员最大类型是4字节,小于给定的8字节对齐,所以所有成员就按照最大基本数据类型对齐,a四字节,b四字节,总共就是8字节,即sizeof( A ) = 8,刚好占的空间大小是8的整数倍1倍

B也是8字节对齐,同理,由于成员最大类型是4字节,小于给定的8字节对齐,所以所有成员就按照最大基本数据类型对齐,

a四字节,b四字节,c四字节,d四字节,总的就是16字节了,刚好占的空间大小是8的整数倍2倍(下面红色字体标明的规定)

将__attribute__((aligned(m)))作用于一个类型,那么该类型的变量在分配地址空间时,其存放的地址一定按照m字节对齐(m必 须是2的幂次方)即这个地址值一定是m的整数倍。并且其占用的空间,即大小,也是m的整数倍,以保证别的变量在申请连续存储空间的时候,每一个元素的地址也是按照m字节对齐(即地址值也是m的整数倍)。 __attribute__((aligned(m)))可以作用于一个单独的变量,数组,结构体。

如果不指定对齐方式,默认单字节对齐,即最自然的变量申请和存放方式,这样不会造成内存空隙浪费,但是读取时候因为不是整数倍地址值和内存大小,本来是一次能读取出来的可能会需要读取两次然后拼接提出出目标变量的值,编译器也考虑到了这个性能问题,所以编译器一般默认都有优化,编译后也就不是单字节对齐了

其实关于这个内存对齐的问题,具体的分配空间大小还是跟编译器有一点关系,但是这个分析原理是一样的,知道就可以了

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