malloc hiểu sự liên kết như thế nào?

Question

sau đây trích từ here

pw = (widget *)malloc(sizeof(widget)); 

phân bổ lưu trữ thô. Trên thực tế, cuộc gọi malloc phân bổ lưu trữ đó là đủ lớn và phù hợp liên kết để giữ một đối tượng loại phụ tùng

cũng thấy fast pImpl từ Herb Sutter, ông nói:

Alignment. Bất kỳ bộ nhớ Alignment. Bất kỳ bộ nhớ đó là phân bổ động qua mới hoặc malloc được đảm bảo để được sắp xếp đúng cho đối tượng của bất kỳ loại, nhưng bộ đệm mà không được cấp phát động không có sự bảo đảm như

Tôi tò mò về vấn đề này, làm thế nào hiện malloc biết sự liên kết của các loại tùy chỉnh?

Answer 1

Yêu cầu căn chỉnh là đệ quy: Căn chỉnh của bất kỳ struct đơn giản là sự liên kết lớn nhất của bất kỳ thành viên nào của nó và điều này được hiểu một cách đệ quy. Ví dụ, và giả sử rằng sự sắp xếp của từng loại cơ bản bằng kích thước của nó (điều này không phải lúc nào cũng đúng), struct X { int; char; double; } có sự liên kết của double, và nó sẽ được đệm thành bội số của kích thước gấp đôi (ví dụ 4 (int), 1 (char), 3 (padding), 8 (double)). Các struct Y { int; X; float; } có sự liên kết của X, là lớn nhất và bằng sự liên kết của double, và Y được đặt ra cho phù hợp: 4 (int), 4 (padding), 16 (X), 4 (float), 4 (đệm).

(Tất cả số chỉ là ví dụ và có thể khác trên máy tính của bạn.)

Do đó, bằng cách phá vỡ nó xuống cho các loại cơ bản, chúng ta chỉ cần biết một số ít các sắp xếp cơ bản, và trong số những người có một nổi tiếng lớn nhất. C++ thậm chí xác định loại maxalign_t (Tôi nghĩ) có căn chỉnh là là căn chỉnh lớn nhất.

Tất cả malloc() cần làm là chọn địa chỉ là bội số của giá trị đó.

Answer 2

Thông tin duy nhất mà malloc() có thể sử dụng là kích thước của yêu cầu được chuyển đến nó. Nói chung, nó có thể làm một cái gì đó giống như làm tròn kích thước đã truyền cho công suất lớn hơn (hoặc bằng) gần nhất, và căn chỉnh bộ nhớ dựa trên giá trị đó. Cũng có thể có một giới hạn trên trên giá trị căn chỉnh, chẳng hạn như 8 byte.

Ở trên là một cuộc thảo luận giả thuyết và việc triển khai thực tế phụ thuộc vào kiến ​​trúc máy và thư viện thời gian chạy mà bạn đang sử dụng. Có lẽ malloc() của bạn luôn trả về các khối được căn chỉnh trên 8 byte và nó không bao giờ phải làm bất kỳ điều gì khác.

Answer 3

Tôi nghĩ rằng một phần có liên quan hầu hết các quote Herb Sutter là phần Tôi đã đánh dấu in đậm:

Alignment. Bất kỳ bộ nhớ Alignment. Bất kỳ bộ nhớ đó là phân bổ tự động qua mới hoặc malloc được đảm bảo để được sắp xếp đúng cách cho các đối tượng của bất kỳ loại, nhưng bộ đệm mà không được phân bổ tự động không có sự bảo đảm như

Nó không nhất thiết phải biết những gì gõ bạn có trong tâm trí, bởi vì nó sắp xếp cho mọi loại. Trên bất kỳ hệ thống cụ thể nào, có kích thước căn chỉnh tối đa cần thiết hoặc có ý nghĩa; ví dụ, một hệ thống có các từ bốn byte sẽ có khả năng liên kết tối đa bốn byte.

này cũng được làm rõ bởi the malloc(3) man-page, mà nói trong phần:

Các malloc() và calloc() chức năng trả về một con trỏ tới bộ nhớ phân bổ được phù hợp liên kết cho bất kỳ loại biến.

Answer 4

1) Căn chỉnh với bội số chung ít nhất của tất cả các sắp xếp. ví dụ. nếu ints yêu cầu 4 byte căn chỉnh, nhưng con trỏ yêu cầu 8, sau đó phân bổ tất cả mọi thứ để 8 byte liên kết. Điều này khiến mọi thứ được căn chỉnh.

2) Sử dụng đối số kích thước để xác định căn chỉnh chính xác. Đối với các kích thước nhỏ, bạn có thể phỏng đoán loại, chẳng hạn như malloc(1) (giả sử các loại kích thước khác không phải là 1) luôn là char. C++ new có lợi ích là loại an toàn và do đó luôn có thể đưa ra quyết định căn chỉnh theo cách này.

Answer 5

Trước khi liên kết C++ 11 được xử lý khá đơn giản bằng cách sử dụng căn chỉnh lớn nhất nơi giá trị chính xác không xác định và malloc/calloc vẫn hoạt động theo cách này. Điều này có nghĩa là phân bổ malloc được căn chỉnh chính xác cho bất kỳ loại nào.

Căn chỉnh sai có thể dẫn đến hành vi không xác định theo tiêu chuẩn nhưng tôi đã thấy các trình biên dịch x86 là hào phóng và chỉ trừng phạt với hiệu suất thấp hơn.

Lưu ý rằng bạn cũng có thể tinh chỉnh căn chỉnh thông qua tùy chọn trình biên dịch hoặc chỉ thị. (pragma gói cho VisualStudio ví dụ).

Nhưng khi nói đến vị trí mới, sau đó C++ 11 đưa chúng ta từ khóa mới được gọi là alignof và alignas. Dưới đây là một số mã cho thấy hiệu ứng nếu liên kết tối đa của trình biên dịch lớn hơn 1. Vị trí đầu tiên mới bên dưới tự động tốt nhưng không phải là thứ hai.

#include <iostream> 
#include <malloc.h> 
using namespace std; 
int main() 
{ 
     struct A { char c; }; 
     struct B { int i; char c; }; 

     unsigned char * buffer = (unsigned char *)malloc(1000000); 
     long mp = (long)buffer; 

     // First placment new 
     long alignofA = alignof(A) - 1; 
     cout << "alignment of A: " << std::hex << (alignofA + 1) << endl; 
     cout << "placement address before alignment: " << std::hex << mp << endl; 
     if (mp&alignofA) 
     { 
      mp |= alignofA; 
      ++mp; 
     } 
     cout << "placement address after alignment : " << std::hex <<mp << endl; 
     A * a = new((unsigned char *)mp)A; 
     mp += sizeof(A); 

     // Second placment new 
     long alignofB = alignof(B) - 1; 
     cout << "alignment of B: " << std::hex << (alignofB + 1) << endl; 
     cout << "placement address before alignment: " << std::hex << mp << endl; 
     if (mp&alignofB) 
     { 
      mp |= alignofB; 
      ++mp; 
     } 
     cout << "placement address after alignment : " << std::hex << mp << endl; 
     B * b = new((unsigned char *)mp)B; 
     mp += sizeof(B); 
} 

Tôi đoán hiệu suất của mã này có thể được cải thiện bằng một số thao tác bitwise.

EDIT: Thay thế tính toán modulo đắt tiền bằng các thao tác bitwise. Vẫn hy vọng rằng ai đó tìm thấy một cái gì đó thậm chí còn nhanh hơn.