标签: memory-alignment

我有一组用于嵌入式应用程序（ARM 裸机）中的外设的 32 位寄存器，具有以下字节地址。

CTL 0x0；
STAT 0x4
TXR 0x8 <-- 不连续地址
RXR 0x20
DAT1 0x30 <-- 不连续地址
DAT2 0x40 <-- 不连续地址
等等

我想将所有这些寄存器分组到一个 C 结构中（它是一个打包结构）

struct my_peri {
     uint32_t CTL;
     uint32_t STAT;
     uint32_t TXR;
     uint32_t RXR;
     uint32_t DAT1;
     uint32_t DAT2;
};

struct my_peri* pPeri0 = (uint32_t*) (BASE_ADDRESS_OF_MY_PERI_0);

现在如果我访问

pPeri->RXR;  // This will point to (BASE_ADDRESS + 0x10)
             // But the actual address i want to refer is (BASE_ADDRESS + 0x20)

为了获得正确的地址，我在之间手动添加了一些元素

struct my_peri {
     uint32_t CTL;
     uint32_t STAT;
     uint32_t …

我使用 linaro g++ for ARM arch64 编译一个简单的 cpp 文件：

int main()
{
    char  *helloMain      = "main module (crm.c)";
    long  faculty, num    = 12;
    int   stop,mainLoop   = 1; 
    char  word[80]        = "";
}

objdump生成elf文件后，我得到了它的asm代码：

0000000000001270 <main>:
int main()
{
    1270:   d101c3ff    sub sp, sp, #0x70
    char  *helloMain      = "main module (crm.c)";
    1274:   90000020    adrp    x0, 5000 <_malloc_trim_r+0x160>
    1278:   9111c000    add x0, x0, #0x470
    127c:   f90003e0    str x0, [sp]
    long  faculty, num    = 12;
    1280:   d2800180    movz    x0, #0xc
    1284:   f90007e0 …

更新：numpy 错误。

不幸的是以下情况：

import numpy as np
a = np.zeros(4, dtype=np.dtype([('t', '<f8'), ('d', [('a', '<i4'), ('b', '<f8')], (100,))], align=True))
b = np.require(a, requirements=['ALIGNED'])
print([x.flags['ALIGNED'] for x in [a, b]])

印刷[False, False]！

我该如何对齐a？

我想我理解堆栈对齐是4字节，例如，如果我只添加一个字符，他的地址将位于4字节的右侧（如果还有其他1或2字节变量，则稍早一点）

我仍然无法理解堆中的对齐方式，我认为有 4 字节或 8 字节对齐，但事情是这样的，当我分配 100 然后 20 字节时，第一个字节的末尾和开头之间有 4 个字节第二个，所以我猜测堆将使用 8 字节对齐。

通过连续分配 1 4 7 8 9 14 16 17 字节，我注意到 1、4、7、8、9 各占用 16 字节，14 16 17 各占用 24 字节，为什么呢？

我正在使用 C/C++ 并使用 malloc 进行分配（与 new 相同）。

谢谢。

我知道这个问题已经被问了一千次，我已经通读了每一个答案，但我仍然不明白。我的 RAM 模型可能存在一些基本错误，这使我无法理解任何答案。

我从互联网上获得了所有这些小信息，但我无法连接它们。

以下是我目前所知道的：以 IA-32 架构为例，其字边界为 32 位（边界 = CPU 可以从内存中读取的最大值？）。它将始终在其字边界内读取。

1）那么，无论我给它什么地址，它总是会读取 4 个字节？如果我在地址 x 有一个简单的字符怎么办。它会从那个地址读取 4 个字节，然后做一些奇怪的事情来只得到一个字节吗？

2）如果是这样，那么字符串（字符序列）n_chars * 4 字节大吗？我很确定它不是那样的，但是我应该如何解释“将始终阅读其单词边界”呢？

3）内存对齐似乎只与数据结构有关。为什么？内存的其余部分是否未对齐？我的意思是物理、虚拟、内核空间等？

4) 为什么我只能在可被 4 整除的地址中存储 32 位值？我的意思是我知道它最终只会读取 32 位，但为什么它不能从奇数地址读取 32 位？比如这里的限制是什么？

我只是很困惑请帮助我

我是 C++ 新手，所以我正在尝试一些 leetcode 问题。我目前正在尝试最小堆栈问题。我想我已经正确解决了它，除了我从 leetcode 得到以下运行时错误：

Line 24: Char 37: runtime error: member access within misaligned address 0xbebebebebebebebe for type 'struct ListNode', which requires 8 byte alignment (solution.cpp)

这是我的 Visual Studio 代码，带有测试 - 错误源自 push() 中的以下行：

                topStackNode->stackPrev = newNode;

有谁知道什么会导致这种情况发生？我读了一点，一些有类似错误的人说这是因为 ListNode 没有初始化为 NULL，但我清楚地在我的结构中将所有 ListNode 初始化为 NULL。谢谢！

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
// design a stack that supports push, pop, top, and retrieving the minimum element in constant time


class MinStack {

struct ListNode {
    ListNode* stackNext;
    ListNode* …

正如标题所暗示的，问题是关于Linux 上 x86-64 中聚合类型的对齐。

在我们的讲座中，教授介绍了结构（及其元素）与附加幻灯片的对齐方式。因此，我会假设（根据维基百科和其他讲座材料）对于任何聚合类型，对齐是根据其最大成员。不幸的是，在以前的考试问题中似乎并非如此，它说：

“假设每个页表 [4kB，每个 PTE 64b] 都存储在内存中一个“自然对齐”的物理地址（即一个表大小的整数倍的地址），......”

为什么对于页表（它基本上是内存中的 8 字节值的数组），对齐规则不是根据最大的元素，而是根据整个表的大小？

非常感谢澄清！
菲利克斯

我正在尝试重新实现 malloc 并且我需要了解对齐的目的。据我了解，如果内存对齐，代码将执行得更快，因为处理器不必采取额外的步骤来恢复被切割的内存位。我想我明白 64 位处理器读取 64 位 x 64 位内存。现在，让我们假设我有一个按顺序排列的结构（没有填充）：一个字符、一个短字符、一个字符和一个整数。为什么短路会错位？我们拥有区块中的所有数据！为什么它必须在一个 2 的倍数的地址上。对于整数和其他类型，同样的问题？

我还有第二个问题：使用我之前提到的结构，处理器如何知道当它读取它的 64 位时前 8 位对应于一个字符，然后接下来的 16 位对应于一个短等等......？

目的：了解 C++17 引入std::aligned_alloc动态内存管理的动机。

问题：对于 C++ 中的内存分配，std::malloc由于在什么情况下使用 malloc 和/或 new？. 相反，new在低级代码中几乎总是鼓励使用表达式（例如参见注释）。

尽管有这种气馁，我想知道为什么 C++17 引入了std::aligned_alloc它看起来像std::malloc.

C ++ 17（及更高版本）中是否有任何内容new（或其他鼓励使用的等效实用程序，如果有）无法执行？

尝试：我只能找到以下讨论，这仍然与我的问题有很大关系：

对齐 malloc 和标准 malloc 之间的区别？

介绍

我试图让自己熟悉 AES 指令，然后使用能够更有意识地利用这些技术的库。然而，我不经常用汇编编程，所以我对这门语言有一些信心，但我不认为自己是专家。我已经编写了大约 150 条装配线的清单，以尝试使用英特尔提供的文档来使用这些功能。然而，我并没有成功地向前迈出许多步骤。

当我使用该指令时，由于 main 中的分段错误，程序崩溃了movaps。我已经尝试使用 gdb 和 valgrind 进行调试，但似乎一切正常，但事实并非如此。以下是导致问题的行。

代码

main:
start_f

    printstr

    movaps (string), %xmm15
==> movaps (key), %xmm0
    call   aes_encript

    movaps %xmm15, string
    printstr

end_f

start_f并且end_f只是宏来启动和结束函数。我还提供了 .data 部分的代码，以显示应该没有问题：

    .data
string:
    .string "string"
    .fill   (128 - (.-string)), 1, 0

newline:
    .byte   0x0a

key:
    .fill   128, 1, 0

    .text
    .global _start

调试信息

至于错误，无论是通过静态反汇编还是在gdb中，我都无法获得任何有用的信息。Valgrind 也没有帮助，这是意料之中的，因为我根本不接触堆。我展示了 gdb 中主要反汇编的部分清单：

   0x0000000000401022 <+0>:     push   %rbp
   0x0000000000401023 <+1>:     mov    %rsp,%rbp
   0x0000000000401026 <+4>:     mov    $0x402000,%rsi
   0x000000000040102d <+11>:    call …