如何在C中对齐指针
有没有办法在C中对齐指针？ 假设我正在将数据写入数组堆栈（因此指针向下），我希望我写的下一个数据是4对齐的，所以数据写入4的倍数的内存位置，我该怎么做那？
我有
uint8_t ary[1024]; ary = ary+1024; ary -= /* ... */ 现在假设ary指向位置0x05 。 我希望它指向0x04 。 现在我可以做到
ary -= (ary % 4);
但是C不允许模数指针。 有没有与架构无关的解决方案？
数组不是指针，尽管你可能在这里读过误导的答案（特别是这个问题或者一般的Stack Overflow或其他任何地方）。
您无法更改数组名称所表示的值，如图所示。
也许令人困惑的是，如果ary是一个函数参数，看起来你可以调整数组：
void function(uint8_t ary[1024]) { ary += 213; // No problem because ary is a uint8_t pointer, not an array ... }
作为函数参数的数组与在函数外部或函数内部定义的数组不同。
你可以做：
uint8_t ary[1024]; uint8_t *stack = ary + 510; uintptr_t addr = (uintptr_t)stack; if (addr % 8 != 0) addr += 8 - addr % 8; stack = (uint8_t *)addr;
这可确保stack中的值在8字节边界上对齐，向上舍入。 您的问题要求舍入到4字节边界，因此代码更改为：
if (addr % 4 != 0) addr -= addr % 4; stack = (uint8_t *)addr;
是的，您也可以使用位掩码。 或者：
addr = (addr + (8 - 1)) & -8; // Round up to 8-byte boundary
要么：
addr &= -4; // Round down to a 4-byte boundary
这仅在LHS为2的幂时才能正常工作 – 不适用于任意值。 具有模数运算的代码将适用于任何（正）模数。
另请参阅： 如何仅使用标准库分配对齐的内存 。
演示代码
Gnzlbg 评论道 ：
如果我尝试将例如uintptr_t（2）对齐到1字节边界（两者都是2：2 ^ 1和2 ^ 0的幂），则两次幂的代码中断。 结果为1但应该为2，因为2已经与1字节边界对齐。
此代码演示了对齐代码是正常的 – 只要您正确解释上面的注释（现在通过’或者’分隔位屏蔽操作的单词澄清;我在第一次检查代码时被捕获）。
可以更紧凑地编写对齐函数，尤其是在没有断言的情况下，但编译器将优化以从编写的内容和可编写的内容生成相同的代码。 有些断言也可以更加严格。 也许测试函数应该在执行任何其他操作之前打印出堆栈的基址。
代码可以，也许应该检查算术不会出现数字溢出或下溢。 如果您将地址与多兆字节的边界对齐，这将更有可能成为问题。 当你保持1 KiB，对齐时，如果你没有试图超出你可以访问的arrays范围，你就不太可能发现问题。 （严格地说，即使你进行多兆字节对齐，如果结果将在分配给你正在操作的数组的内存范围内，也不会遇到麻烦。）
#include #include #include /* ** Because the test code works with pointers to functions, the inline ** function qualifier is moot. In 'real' code using the functions, the ** inline might be useful. */ /* Align upwards - arithmetic mode (hence _a) */ static inline uint8_t *align_upwards_a(uint8_t *stack, uintptr_t align) { assert(align > 0 && (align & (align - 1)) == 0); /* Power of 2 */ assert(stack != 0); uintptr_t addr = (uintptr_t)stack; if (addr % align != 0) addr += align - addr % align; assert(addr >= (uintptr_t)stack); return (uint8_t *)addr; } /* Align upwards - bit mask mode (hence _b) */ static inline uint8_t *align_upwards_b(uint8_t *stack, uintptr_t align) { assert(align > 0 && (align & (align - 1)) == 0); /* Power of 2 */ assert(stack != 0); uintptr_t addr = (uintptr_t)stack; addr = (addr + (align - 1)) & -align; // Round up to align-byte boundary assert(addr >= (uintptr_t)stack); return (uint8_t *)addr; } /* Align downwards - arithmetic mode (hence _a) */ static inline uint8_t *align_downwards_a(uint8_t *stack, uintptr_t align) { assert(align > 0 && (align & (align - 1)) == 0); /* Power of 2 */ assert(stack != 0); uintptr_t addr = (uintptr_t)stack; addr -= addr % align; assert(addr <= (uintptr_t)stack); return (uint8_t *)addr; } /* Align downwards - bit mask mode (hence _b) */ static inline uint8_t *align_downwards_b(uint8_t *stack, uintptr_t align) { assert(align > 0 && (align & (align - 1)) == 0); /* Power of 2 */ assert(stack != 0); uintptr_t addr = (uintptr_t)stack; addr &= -align; // Round down to align-byte boundary assert(addr <= (uintptr_t)stack); return (uint8_t *)addr; } static inline int inc_mod(int x, int n) { assert(x >= 0 && x < n); if (++x >= n) x = 0; return x; } typedef uint8_t *(*Aligner)(uint8_t *addr, uintptr_t align); static void test_aligners(const char *tag, Aligner align_a, Aligner align_b) { const int align[] = { 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 }; enum { NUM_ALIGN = sizeof(align) / sizeof(align[0]) }; uint8_t stack[1024]; uint8_t *sp = stack + sizeof(stack); int dec = 1; int a_idx = 0; printf("%s\n", tag); while (sp > stack) { sp -= dec++; uint8_t *sp_a = (*align_a)(sp, align[a_idx]); uint8_t *sp_b = (*align_b)(sp, align[a_idx]); printf("old %p, adj %.2d, A %p, B %p\n", (void *)sp, align[a_idx], (void *)sp_a, (void *)sp_b); assert(sp_a == sp_b); sp = sp_a; a_idx = inc_mod(a_idx, NUM_ALIGN); } putchar('\n'); } int main(void) { test_aligners("Align upwards", align_upwards_a, align_upwards_b); test_aligners("Align downwards", align_downwards_a, align_downwards_b); return 0; }
样本输出（部分截断）：
Align upwards old 0x7fff5ebcf4af, adj 64, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4be, adj 32, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4bd, adj 16, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4bc, adj 08, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4bb, adj 04, A 0x7fff5ebcf4bc, B 0x7fff5ebcf4bc old 0x7fff5ebcf4b6, adj 02, A 0x7fff5ebcf4b6, B 0x7fff5ebcf4b6 old 0x7fff5ebcf4af, adj 01, A 0x7fff5ebcf4af, B 0x7fff5ebcf4af old 0x7fff5ebcf4a7, adj 64, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4b7, adj 32, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4b6, adj 16, A 0x7fff5ebcf4c0, B 0x7fff5ebcf4c0 old 0x7fff5ebcf4b5, adj 08, A 0x7fff5ebcf4b8, B 0x7fff5ebcf4b8 old 0x7fff5ebcf4ac, adj 04, A 0x7fff5ebcf4ac, B 0x7fff5ebcf4ac old 0x7fff5ebcf49f, adj 02, A 0x7fff5ebcf4a0, B 0x7fff5ebcf4a0 old 0x7fff5ebcf492, adj 01, A 0x7fff5ebcf492, B 0x7fff5ebcf492 … old 0x7fff5ebcf0fb, adj 08, A 0x7fff5ebcf100, B 0x7fff5ebcf100 old 0x7fff5ebcf0ca, adj 04, A 0x7fff5ebcf0cc, B 0x7fff5ebcf0cc old 0x7fff5ebcf095, adj 02, A 0x7fff5ebcf096, B 0x7fff5ebcf096 Align downwards old 0x7fff5ebcf4af, adj 64, A 0x7fff5ebcf480, B 0x7fff5ebcf480 old 0x7fff5ebcf47e, adj 32, A 0x7fff5ebcf460, B 0x7fff5ebcf460 old 0x7fff5ebcf45d, adj 16, A 0x7fff5ebcf450, B 0x7fff5ebcf450 old 0x7fff5ebcf44c, adj 08, A 0x7fff5ebcf448, B 0x7fff5ebcf448 old 0x7fff5ebcf443, adj 04, A 0x7fff5ebcf440, B 0x7fff5ebcf440 old 0x7fff5ebcf43a, adj 02, A 0x7fff5ebcf43a, B 0x7fff5ebcf43a old 0x7fff5ebcf433, adj 01, A 0x7fff5ebcf433, B 0x7fff5ebcf433 old 0x7fff5ebcf42b, adj 64, A 0x7fff5ebcf400, B 0x7fff5ebcf400 old 0x7fff5ebcf3f7, adj 32, A 0x7fff5ebcf3e0, B 0x7fff5ebcf3e0 old 0x7fff5ebcf3d6, adj 16, A 0x7fff5ebcf3d0, B 0x7fff5ebcf3d0 old 0x7fff5ebcf3c5, adj 08, A 0x7fff5ebcf3c0, B 0x7fff5ebcf3c0 old 0x7fff5ebcf3b4, adj 04, A 0x7fff5ebcf3b4, B 0x7fff5ebcf3b4 old 0x7fff5ebcf3a7, adj 02, A 0x7fff5ebcf3a6, B 0x7fff5ebcf3a6 old 0x7fff5ebcf398, adj 01, A 0x7fff5ebcf398, B 0x7fff5ebcf398 … old 0x7fff5ebcf0f7, adj 01, A 0x7fff5ebcf0f7, B 0x7fff5ebcf0f7 old 0x7fff5ebcf0d3, adj 64, A 0x7fff5ebcf0c0, B 0x7fff5ebcf0c0 old 0x7fff5ebcf09b, adj 32, A 0x7fff5ebcf080, B 0x7fff5ebcf080
我正在编辑这个答案，因为：
- 我的原始代码中有一个错误（我忘了对
intptr_t进行类型转换），以及 - 我正在回答Jonathan Leffler的批评，以澄清我的意图。
下面的代码并不意味着你可以改变数组的值（ foo ）。 但是你可以得到一个指向该数组的对齐指针，这个例子说明了一种方法。
#define alignmentBytes ( 1 << 2 ) // == 4, but enforces the idea that that alignmentBytes should be a power of two #define alignmentBytesMinusOne ( alignmentBytes - 1 ) uint8_t foo[ 1024 + alignmentBytesMinusOne ]; uint8_t *fooAligned; fooAligned = (uint8_t *)((intptr_t)( foo + alignmentBytesMinusOne ) & ~alignmentBytesMinusOne);
不要使用MODULO !!! 真的很慢！ 按下最快的方式来对齐指针是使用2的补码数学。 您需要反转这些位，添加一个，并屏蔽掉2（对于32位）或3（对于64位）最低有效位。 结果是一个偏移量，然后您将其添加到指针值以对齐它。 适用于32位和64位数字。 对于16位对齐，只需用0x1屏蔽指针并添加该值。 算法在任何语言中的工作方式都相同，但正如您所看到的，嵌入式C ++在各种forms和forms上都优于C语言。
#include /** Returns the number to add to align the given pointer to a 8, 16, 32, or 64-bit boundary. @author Cale McCollough. @param ptr The address to align. @return The offset to add to the ptr to align it. */ template inline uintptr_t MemoryAlignOffset (const void* ptr) { return ((~reinterpret_cast (ptr)) + 1) & (sizeof (T) - 1); } /** Word aligns the given byte pointer up in addresses. @author Cale McCollough. @param ptr Pointer to align. @return Next word aligned up pointer. */ template inline T* MemoryAlign (T* ptr) { uintptr_t offset = MemoryAlignOffset (ptr); char* aligned_ptr = reinterpret_cast (ptr) + offset; return reinterpret_cast (aligned_ptr); }
如需详细的书面和certificate，请访问https://github.com/kabuki-starship/kabuki-toolkit/wiki/Fastest-Method-to-Align-Pointers 。 如果你想看看你为什么不应该使用modulo的certificate，我发明了世界上最快的整数到字符串算法。 本文的基准测试向您展示了优化一个模数指令的效果。 请@see https://github.com/kabuki-starship/kabuki-toolkit/wiki/Engineering-a-Faster-Integer-to-String-Algorithm 。
