How to allocate aligned memory only using the standard library? Ask Question

Explanation as requested

The first step is to allocate enough spare space, just in case. Since the memory must be 16-byte aligned (meaning that the leading byte address needs to be a multiple of 16), adding 16 extra bytes guarantees that we have enough space. Somewhere in the first 16 bytes, there is a 16-byte aligned pointer. (Note that malloc() is supposed to return a pointer that is sufficiently well aligned for any purpose. However, the meaning of 'any' is primarily for things like basic types — long, double, long double, long long, and pointers to objects and pointers to functions. When you are doing more specialized things, like playing with graphics systems, they can need more stringent alignment than the rest of the system — hence questions and answers like this.)

The next step is to convert the void pointer to a char pointer; GCC notwithstanding, you are not supposed to do pointer arithmetic on void pointers (and GCC has warning options to tell you when you abuse it). Then add 16 to the start pointer. Suppose malloc() returned you an impossibly badly aligned pointer: 0x800001. Adding the 16 gives 0x800011. Now I want to round down to the 16-byte boundary — so I want to reset the last 4 bits to 0. 0x0F has the last 4 bits set to one; therefore, ~0x0F has all bits set to one except the last four. Anding that with 0x800011 gives 0x800010. You can iterate over the other offsets and see that the same arithmetic works.

The last step, free(), is easy: you always, and only, return to free() a value that one of malloc(), calloc() or realloc() returned to you — anything else is a disaster. You correctly provided mem to hold that value — thank you. The free releases it.

Finally, if you know about the internals of your system's malloc package, you could guess that it might well return 16-byte aligned data (or it might be 8-byte aligned). If it was 16-byte aligned, then you'd not need to dink with the values. However, this is dodgy and non-portable — other malloc packages have different minimum alignments, and therefore assuming one thing when it does something different would lead to core dumps. Within broad limits, this solution is portable.

誰かが、posix_memalign()アラインメントされたメモリを取得する別の方法として言及していました。これはどこでも利用できるわけではありませんが、これをベースとして使用して実装できる場合がよくあります。アラインメントが 2 の累乗であることが便利だったことに注意してください。他のアラインメントはより複雑です。

もう 1 つコメントがあります。このコードでは割り当てが成功したかどうかはチェックされません。

修正

Windows プログラマーは、ポインタに対してビットマスク演算ができないことを指摘しており、実際、GCC (3.4.6 および 4.3.1 でテスト済み) は、そのようにエラーを発しています。そこで、基本コードの修正版 (メイン プログラムに変換) を以下に示します。また、指摘されているように、16 ではなく 15 だけ追加しました。C99 はほとんどのプラットフォームで利用できるほど長い間使用されてきたため、 を使用しています。ステートメントでuintptr_tを使用していない場合、の代わりに を使用すれば十分です。[このコードには、 が指摘した修正が含まれています。PRIXPTRprintf()#include <stdint.h>#include <inttypes.h>CRは、最初に述べた点を繰り返していた。ビル・K数年前に起こったことですが、今まで見過ごしていました。

#include <assert.h>
#include <inttypes.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

static void memset_16aligned(void *space, char byte, size_t nbytes)
{
    assert((nbytes & 0x0F) == 0);
    assert(((uintptr_t)space & 0x0F) == 0);
    memset(space, byte, nbytes);  // Not a custom implementation of memset()
}

int main(void)
{
    void *mem = malloc(1024+15);
    void *ptr = (void *)(((uintptr_t)mem+15) & ~ (uintptr_t)0x0F);
    printf("0x%08" PRIXPTR ", 0x%08" PRIXPTR "\n", (uintptr_t)mem, (uintptr_t)ptr);
    memset_16aligned(ptr, 0, 1024);
    free(mem);
    return(0);
}

#include <assert.h>
#include <inttypes.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

static void memset_16aligned(void *space, char byte, size_t nbytes)
{
    assert((nbytes & 0x0F) == 0);
    assert(((uintptr_t)space & 0x0F) == 0);
    memset(space, byte, nbytes);  // Not a custom implementation of memset()
}

static void test_mask(size_t align)
{
    uintptr_t mask = ~(uintptr_t)(align - 1);
    void *mem = malloc(1024+align-1);
    void *ptr = (void *)(((uintptr_t)mem+align-1) & mask);
    assert((align & (align - 1)) == 0);
    printf("0x%08" PRIXPTR ", 0x%08" PRIXPTR "\n", (uintptr_t)mem, (uintptr_t)ptr);
    memset_16aligned(ptr, 0, 1024);
    free(mem);
}

int main(void)
{
    test_mask(16);
    test_mask(32);
    test_mask(64);
    test_mask(128);
    return(0);
}