使用 malloc 对结构进行数据对齐

Question

考虑我的结构如下。

struct st
{
  char c;
  double d;
  int i;
};

根据struct st 的内存对齐大小将是 (1+7(padded)+8+4+4(padded))=24bytes

当我像下面这样malloc 时

struct st *p = malloc(sizeof(*p));

和

一样

struct st *p = malloc(13);

既然我们只是传递结构的大小（13字节），malloc如何分配24字节来满足内存对齐？

Answer 1

问题错误地假设了

struct st *p = malloc(sizeof(*p));

与

相同

struct st *p = malloc(13);

事实并非如此。为了测试，

printf ("Size of st is %d\n", sizeof (*p));

打印24，而不是13。

分配和管理结构的正确方法是使用sizeof(X)，而不是假设元素是如何打包或对齐的。

Answer 2

malloc 如何分配 24 字节以满足内存对齐，因为我们只是传递结构的大小（13 字节）？

它没有。如果 malloc(13) 恰好返回至少 24 个字节，则这是 malloc 实现的一个怪癖。 malloc 被允许分配比必要更多的空间，并且通常出于字节对齐和各种其他实现原因而必须分配。

我们可以通过一个简单的程序看到这一点。

struct st *a = malloc(13);
struct st *b = malloc(13);
struct st *c = malloc(13);
struct st *d = malloc(13);

printf("%p\n%p\n%p\n%p\n", a, b, c, d);

0x602000003210
0x602000003230
0x602000003250
0x602000003270

从地址中我们可以看出，malloc(13) 返回的指针之间有 32 个字节。大量适合您的 24 个字节，并且程序“有效”。即使malloc(1) 返回相同的结果。

但是如果我们让你的结构更大一点...

struct st {
  char c;
  double b;
  double a;
  double d;
  int i;
};

这是 40 个字节，对齐。现在它不适合 32 字节，我们看到损坏，因为结构的内存相互重叠。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

struct st {
  char c;
  double b;
  double a;
  double d;
  int i;
};

void print_struct(struct st* st) {
    printf("%c %lf %d\n", st->c, st->d, st->i);
}

int main() {
    const size_t struct_size = sizeof(char) + (sizeof(double) * 3) + sizeof(int);

    printf("sizeof(struct st): %zu\n", sizeof(struct st));
    printf("sizeof fields added together: %zu\n", struct_size);

    struct st *a = malloc(13);
    struct st *b = malloc(13);
    struct st *c = malloc(13);
    struct st *d = malloc(13);

    printf("%p\n%p\n%p\n%p\n", a, b, c, d);

    a->c = 'a';
    a->d = 1.0;
    a->i = 1;

    b->c = 'b';
    b->d = 2.0;
    b->i = 2;

    c->c = 'c';
    c->d = 3.0;
    c->i = 3;

    d->c = 'd';
    d->d = 4.0;
    d->i = 4;

    print_struct(a);
    print_struct(b);
    print_struct(c);
    print_struct(d);
}

sizeof(struct st): 40
sizeof fields added together: 29
0x602000003210
0x602000003230
0x602000003250
0x602000003270
a 1.000000 98
b 2.000000 99
c 3.000000 100
d 4.000000 4

98 是 ascii b。 99 是 ascii c。 100 是 ascii d。这表示a->i 与b->c 重叠，b->i 与c->c 重叠，等等。