C/C++中align的问题

王朝c/c++·作者佚名  2006-01-09
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在C/C++编程中,有一个align的问题经常被忽略。所谓align的问题,就是指通过对原始数据类型按边界对齐,CPU可以达到更好的访问效率。align的基本原则是,数据类型以本身的size作为边界对齐。比如,char按1byte对齐,short按2byte对齐,int按4byte对齐等等。

在定义structure,union,class的时候,需要考虑到这个align的问题。如果访问了Unaligned的数据,不同的CPU和不同的OS会有不同的处理,在多平台开发中尤其要注意这个问题。

x86对Unaligned的数据的访问进行了处理,然而对性能有影响。一些RISC类型的CPU在对Unaligned的数据进行访问的时候,会发生非正常中断的现象,一些RISC类型的CPU会发出一个异常给OS,由OS决定是否处理。

概括来说,对Unaligned的数据的访问,有下面四种情况:

1,CPU以性能为代价,对Unaligned的数据的访问进行处理。

2,CPU抛出异常给OS,OS对Unaligned的数据的访问进行处理。

3,CPU抛出异常没有被OS处理,这样会产生非正常中断等严重的问题产生。

4,编译器对Unaligned的数据的访问进行处理,同样必须以性能为代价。

对于编译器对Unaligned的数据进行处理,为了达到align的目的,自动加入了pading的数据。这时候需要注意这些pading的数据,尤其是使用指针的时候,通常会得到一些预料之外的结果。

下面是一个在VC++下的例子:

=============================================================

#include "stdafx.h"

#include <stdio.h>

#pragma pack(1)

struct s1 {

char i;

short j;

int k;

};

struct s2 {

char i;

struct s1 j;

};

#pragma pack()

/**************************

struct s3 {

char i;

char _pad[1];

short j;

int k;

};

**************************/

struct s3 {

char i;

short j;

int k;

};

/**************************

struct s4 {

char i;

char _pad[3];

struct s3 j;

};

**************************/

struct s4 {

char i;

struct s3 j;

};

/**************************

struct s5 {

char i;

char _pad1[3];

int k;

short j;

char _pad2[2];

};

**************************/

struct s5 {

char i;

int k;

short j;

};

struct s1 t1;

struct s2 t2;

struct s3 t3;

struct s4 t4;

struct s5 t5;

int main(int argc, char* argv[])

{

int i;

char *pi;

short *pj;

int *pk;

// 7

/***************************

struct s1 {

char i;

short j;

int k;

};

***************************/

i = sizeof(t1);

printf("%d\n", i);

// 8

/**************************

struct s2 {

char i;

struct s1 j;

};

**************************/

i = sizeof(t2);

printf("%d\n", i);

// 8

/**************************

struct s3 {

char i;

char _pad[1];

short j;

int k;

};

**************************/

i = sizeof(t3);

printf("%d\n", i);

// 12

/**************************

struct s4 {

char i;

char _pad[3];

struct s3 j;

};

**************************/

i = sizeof(t4);

printf("%d\n", i);

// 12

/**************************

struct s5 {

char i;

char _pad1[3];

int k;

short j;

char _pad2[2];

};

**************************/

i = sizeof(t5);

printf("%d\n", i);

t1.i = 1;

t1.j = 2;

t1.k = 3;

// 1, 2, 3

pi = &t1.i;

pj = (short* )(pi + 1);

pk = (int* )(pi + 3);

printf("%d, %d, %d\n", *pi, *pj, *pk);

t3.i = 1;

t3.j = 2;

t3.k = 3;

// 1, 512, 768

pi = &t3.i;

pj = (short* )(pi + 1);

pk = (int* )(pi + 3);

printf("%d, %d, %d\n", *pi, *pj, *pk);

return 0;

}

/************ OUTPUT ************

7

8

8

12

12

1, 2, 3

1, 512, 768

******************************/

=============================================================

参考资料:

http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/vclang/html/_PREDIR_pack.asp

Bret S. Pehrson : Unaligned Data Access

Jady Leung

2004年9月25日

 
 
 
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