内存对齐，结构和malloc

Question

在一个问题中很难表达我想知道的内容，因此我将尝试对其进行分解。

出于示例目的，假设我们具有以下结构：

struct X {
  uint8_t a;
  uint16_t b;
  uint32_t c;
};

是否确实保证编译器不会重新排列X成员的顺序，仅在必要时添加填充？ 换句话说，offsetof（X，a）<offsetof（X，c）是否总是正确的？
编译器会选择X成员之间最大的对齐方式并使用它来对齐类型X的对象（即X实例的地址将被X成员之间的最大对齐方式整除），这是真的吗？
由于malloc在分配缓冲区时不知道要存储的对象类型，因此它如何为返回的地址选择对齐方式？ 它是否只是返回一个可以被最大对齐方式整除的地址（在这种情况下，无论我们将什么结构放入缓冲区中，内存访问都将始终对齐）？

Answer 1

Answer 2

由于malloc在分配缓冲区时不知道要存储的对象类型，因此它如何为返回的地址选择对齐方式？

malloc(3)返回“适合任何类型的变量的内存”。

它是否只是返回一个可以被最大对齐方式整除的地址（在这种情况下，无论我们将什么结构放入缓冲区中，内存访问都将始终对齐）？

是的，但是请注意遵守严格的别名规则。

Answer 3

在大多数情况下，编译器将执行该计算机上最有利的操作。 在大多数平台上，以总线宽度偏移加载总线宽度值是最快的。

这意味着通常在32位计算机上，编译器将选择以4字节偏移量对齐32位数字。 在64位计算机上，64位值以8字节偏移量对齐。

在大多数计算机上，较小的值（如8位和16位值）加载较慢。 可能会加载周围的所有4个或8个字节，并屏蔽掉所需的一个或两个字节。

在特殊情况下，可以通过指定对齐方式和填充来覆盖编译器。 当您知道快速加载并不重要，但是您确实希望紧密打包数据时，可以这样做。 或者，当您在使用铸造和联合使用非常微妙的技巧时。

几乎任何现代计算机上的内存分配例程都将始终返回至少在平台的总线宽度上对齐的内存（例如4或8字节），甚至更多，例如16字节对齐。

当您调用“ malloc”时，您有责任了解所需结构的大小。 幸运的是，编译器会使用“ sizeof”告诉您任何结构的大小。 这意味着，如果打包结构以节省内存，则sizeof将返回比未打包结构更小的值。 因此，如果您要在大型结构中分配小型结构，则确实可以节省内存。

如果您一次分配一个小型打包结构-是的-如果您打包它们，则没有任何区别。 那是因为当您分配一些奇怪的小块内存时-分配器实际上会使用比这大得多的内存。 它将为您分配一个方便大小的内存块，然后为其本身分配一个额外的内存块以跟踪您的分配。

这就是为什么如果您关心内存使用并想打包结构的原因-您绝对不想一次分配它们。