c++ - 在 C++ 中声明、操作和访问未对齐的内存

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我最近发布了一个关于 unaligned memory access 的问题，但给出答案后，我有点失落。我经常听到“对齐的内存访问比未对齐的访问效率要高得多”，但我实际上不确定什么是未对齐的内存。因此:

• 什么是未对齐内存？
• 如何在 C++ 中声明未对齐的内容？ (小示例程序)
• 如何在 C++ 中访问和操作未对齐的内容？ (小示例程序)
• 是否有一种方法可以通过定义的行为方法来操作未对齐的内存，或者所有这些都与 C++ 中的平台相关/未定义的行为有关？

Answer 1

某些内容是否未对齐取决于数据类型及其大小，正如 Gregg 的回答所解释的那样。

一个编写良好的程序通常不会有未对齐的内存访问，除非编译器引入它。 (是的，这发生在矢量化过程中，但我们跳过它)。

但是您可以用 C++ 编写程序来强制进行未对齐的内存访问。下面的代码就是这样做的。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {

  int a[3] {1, 2, 3};

  cout << *((long long *)(&a[0])) << endl;
  cout << *((long long *)(&a[1])) << endl;

  cout <<  (long long) (&a[0]) << endl;
  cout << (long long) (&a[1]) << endl;

  return 0;

}

代码的输出是这样的

8589934593
12884901890
70367819479584
70367819479588

这个程序的作用是什么？我声明了一个大小为 3 的整数数组。该数组将是 4 字节对齐的，因为 int 是 4 字节数据类型(至少在我的平台上)。所以a[0]的地址可以被4整除。现在a[0]和a[1]的地址都可以被4整除，但只有其中一个的地址可以被8整除。

因此，如果我将 a[0] 和 a[1] 的地址转换为指向 long long 的指针(这是我平台上的 8 字节数据类型)，然后引用这两个指针，其中一个将是未对齐的内存访问。据我所知，这不是未定义的行为，但它会比对齐的内存访问慢。

正如您所看到的，这段代码包含 C 风格的强制转换，这不是一个好的做法。但我认为强制实现一些奇怪的行为是可以的。

如果您对代码的输出有疑问，请告诉我。您应该了解整数的字节顺序和表示形式才能理解前两行。第三行和第四行是整数数组的前两个元素的地址。这样应该更容易理解。