¿Cómo entiende malloc la alineación?

Question

siguientes Extraído de here

pw = (widget *)malloc(sizeof(widget)); 

asigna almacenamiento prima. De hecho, la llamada malloc asigna almacenamiento que es lo suficientemente grande y convenientemente alineada para sostener un objeto de tipo widget de

también ver fast pImpl de Sutter hierba, dijo:

alineación. Cualquier alineación de memoria. Cualquier memoria que se asigna dinámicamente vía nueva o malloc se garantiza que sea alineado correctamente para objetos de cualquier tipo, pero tampones que no están asignadas dinámicamente no tienen esa garantía

tengo curiosidad por esto, ¿cómo ¿Malloc conoce la alineación del tipo personalizado?

Answer 1

Los requisitos de alineación son recursivos: la alineación de cualquier struct es simplemente la alineación más grande de cualquiera de sus miembros, y esto se entiende recursivamente.

Por ejemplo, y suponiendo que la alineación de cada tipo fundamental es igual a su tamaño (esto no siempre es cierto en general), el struct X { int; char; double; } tiene la alineación de double, y se rellenará para ser un múltiplo del doble (por ej. 4 (int), 1 (char), 3 (relleno), 8 (doble)). El struct Y { int; X; float; } tiene la alineación de X, que es la más grande e igual a la alineación de double, y Y se presenta en consecuencia: 4 (int), 4 (relleno), 16 (X), 4 (flotante), 4 (relleno)

(Todos los números son sólo ejemplos y pueden diferir en su máquina.)

Por lo tanto, por lo descomponen a los tipos fundamentales, que sólo necesita saber un puñado de alineaciones fundamentales, y entre los que hay una conocido más grande. C++ incluso define un tipo maxalign_t (creo) cuya alineación es que la alineación más grande.

Todo lo que malloc() tiene que hacer es elegir una dirección que es un múltiplo de ese valor.

Answer 2

La única información que malloc() puede usar es el tamaño de la solicitud que se le ha enviado. En general, podría hacer algo como redondear el tamaño pasado a la potencia mayor (o igual) más cercana de dos, y alinear la memoria en función de ese valor. También es probable que haya un límite superior en el valor de alineación, como 8 bytes.

Lo anterior es una discusión hipotética, y la implementación real depende de la arquitectura de la máquina y la biblioteca de tiempo de ejecución que esté utilizando. Tal vez su malloc() siempre devuelve bloques alineados en 8 bytes y nunca tiene que hacer nada diferente.

Answer 3

Creo que la parte más relevante de la cita Herb Sutter es la parte que me he marcado en negrita:

alineación. Cualquier alineación de memoria. Cualquier memoria que se asigna de forma dinámica a través de nuevo o malloc se garantiza que sea alineado correctamente para objetos de cualquier tipo, pero tampones que no están asignadas dinámicamente no tienen esa garantía

No tiene que saber lo que escriba tenga en cuenta, porque se está alineando para cualquier tipo. En cualquier sistema dado, hay un tamaño máximo de alineación que siempre es necesario o significativo; por ejemplo, un sistema con palabras de cuatro bytes probablemente tendrá un máximo de alineación de cuatro bytes.

Esto también queda claro por the malloc(3) man-page, que dice en parte:

Los malloc() y calloc() funciones devuelven un puntero a la memoria asignada que está adecuadamente alineado para cualquier tipo de variable de.

Answer 4

1) Alinee al mínimo común múltiplo de todas las alineaciones. p.ej. si las entradas requieren una alineación de 4 bytes, pero los punteros requieren 8, entonces asigne todo a la alineación de 8 bytes. Esto hace que todo esté alineado.

2) Utilice el argumento de tamaño para determinar la alineación correcta. Para tamaños pequeños, puede inferir el tipo, como malloc(1) (suponiendo que otros tipos de tamaños no son 1) es siempre un carácter. C++ new tiene el beneficio de ser tipo seguro y por lo tanto siempre puede tomar decisiones de alineación de esta manera.

Answer 5

Antes de la alineación C++ 11 se trató de forma bastante simple mediante el uso de la alineación más grande donde el valor exacto era desconocido y malloc/calloc todavía funciona de esta manera. Esto significa que la asignación malloc está alineada correctamente para cualquier tipo.

La alineación incorrecta puede dar como resultado un comportamiento indefinido de acuerdo con la norma, pero he visto que los compiladores x86 son generosos y solo castigan con un rendimiento inferior.

Tenga en cuenta que también puede modificar la alineación a través de las opciones o directivas del compilador. (pragma pack para VisualStudio, por ejemplo).

Pero cuando se trata de la colocación nueva, entonces C++ 11 nos trae nuevas palabras clave denominadas alignof y alignas. Aquí hay un código que muestra el efecto si la alineación máxima del compilador es mayor que 1. La primera ubicación nueva a continuación es automáticamente buena, pero no la segunda.

#include <iostream> 
#include <malloc.h> 
using namespace std; 
int main() 
{ 
     struct A { char c; }; 
     struct B { int i; char c; }; 

     unsigned char * buffer = (unsigned char *)malloc(1000000); 
     long mp = (long)buffer; 

     // First placment new 
     long alignofA = alignof(A) - 1; 
     cout << "alignment of A: " << std::hex << (alignofA + 1) << endl; 
     cout << "placement address before alignment: " << std::hex << mp << endl; 
     if (mp&alignofA) 
     { 
      mp |= alignofA; 
      ++mp; 
     } 
     cout << "placement address after alignment : " << std::hex <<mp << endl; 
     A * a = new((unsigned char *)mp)A; 
     mp += sizeof(A); 

     // Second placment new 
     long alignofB = alignof(B) - 1; 
     cout << "alignment of B: " << std::hex << (alignofB + 1) << endl; 
     cout << "placement address before alignment: " << std::hex << mp << endl; 
     if (mp&alignofB) 
     { 
      mp |= alignofB; 
      ++mp; 
     } 
     cout << "placement address after alignment : " << std::hex << mp << endl; 
     B * b = new((unsigned char *)mp)B; 
     mp += sizeof(B); 
} 

Supongo que el rendimiento de este código se puede mejorar con algunas operaciones bit a bit.

EDITAR: Reemplazó costoso cálculo de módulo con operaciones bit a bit. Todavía espero que alguien encuentre algo aún más rápido.