c - 内存对齐公式

Question

在浏览一些内核代码时，我发现内存对齐的公式为

aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1))

然后我什至为此编写了一个程序:

#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {
    long long operand;
    long long alignment;
    if(argv[1]) {
        operand = atol(argv[1]);
    } else {
        printf("Enter value to be aligned!\n");
        return -1;
    }
    if(argv[2]) {
        alignment = strtol(argv[2],NULL,16);
    } else {
        printf("\nDefaulting to 1MB alignment\n");
        alignment = 0x100000;
    }
    long long aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1));
    printf("Aligned memory is: 0x%.8llx [Hex] <--> %lld\n",aligned,aligned);
    return 0;
}

但我完全不明白这个逻辑。这是如何运作的？

Answer 1

基本上，公式增加一个整数operand (address) 到与 alignment 对齐的下一个地址.

表达方式

aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1))

基本上是一样的有点容易理解的公式:

aligned = int((operand + (alignment - 1)) / alignment) * alignment

例如，操作数(地址)为 102，对齐为 10，我们得到:

aligned = int((102 + 9) / 10) * 10
aligned = int(111 / 10) * 10
aligned = 11 * 10
aligned = 110

首先我们添加地址 9并获得 111 .然后，由于我们的对齐是 10，基本上我们将最后一位数字清零，即 111 / 10 * 10 = 110
请注意，对于 10 的每个次方对齐(即 10、100、1000 等)，我们基本上将最后一位数清零。

在大多数 CPU 上，除法和乘法运算比按位运算花费的时间要多得多，所以让我们回到最初的公式:

aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1))

只有当对齐是 2 的幂时，公式的第二部分才有意义。例如:

... & ~(2 - 1) will zero last bit of address.
... & ~(64 - 1) will zero last 5 bits of address.
etc

就像将地址的最后几位清零以进行 10 次幂对齐一样，我们将最后几位清零以进行 2 次幂对齐。

希望它现在对你有意义。