malloc + size_t * 3 的地址是否为任何类型对齐？

Question

我正在构建一种动态数组（向量），但不是将数据（通常是 void *）嵌入到 struct vector 中，而是保留 space a struct vector + 一大块字节，一个使用 size_t 数组的例子：

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

struct vector {
    size_t capacity;
    size_t typesize;
    size_t size;
};

#define VECTOR(v) ((struct vector *)((unsigned char *)v - sizeof(struct vector)))

static void *valloc(size_t typesize, size_t size)
{
    struct vector *vector;
    unsigned char *data;

    data = calloc(1, sizeof(*vector) + typesize * size);
    if (data == NULL) {
        return NULL;
    }
    vector = (struct vector *)data;
    vector->typesize = typesize;
    vector->capacity = size;
    vector->size = 0;
    return data + sizeof(*vector);
}

static void *vadd(void *data)
{
    struct vector *vector = VECTOR(data);
    unsigned char *new;
    size_t capacity;

    if (vector->size >= vector->capacity) {
        capacity = vector->capacity * 2;
        new = realloc(vector, sizeof(*vector) + vector->typesize * capacity);
        if (new == NULL) {
            return NULL;
        }
        vector = (struct vector *)new;
        vector->capacity = capacity;
        vector->size++;
        return new + sizeof(*vector);
    }
    vector->size++;
    return data;
}

static size_t vsize(void *data)
{
    return VECTOR(data)->size;
}

static void vfree(void *data, void (*func)(void *))
{
    struct vector *vector = VECTOR(data);

    if (func != NULL) {
        for (size_t iter = 0; iter < vector->size; iter++) {
            func(*(void **)((unsigned char *)data + iter * vector->typesize));
        }
    }
    free(vector);
}

int main(void)
{
    size_t *data;

    data = valloc(sizeof(size_t), 1);
    if (data == NULL) {
        perror("valloc");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    for (size_t i = 0; i < 10; i++) {
        data = vadd(data);
        if (data == NULL) {
            perror("vadd");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        data[i] = i;
    }
    for (size_t i = 0; i < vsize(data); i++) {
        printf("%zu\n", data[i]);
    }
    vfree(data, NULL);
    return 0;
}

问题是：malloc (void *) 的结果地址 + struct 的大小是否对任何类型都对齐？此代码的行为是否定义明确？

Answer 1

Is the address of malloc + size_t * 3 aligned for any type?

不，不一定。

确定基本对齐 通过使前缀数据也成为基本对齐。

一种方法是使用 struct vector 和 max_align_t 中的 union。 union uvector 的大小将是 基本对齐方式 的倍数。

max_align_t which is an object type whose alignment is as great as is supported by the implementation in all contexts;

union uvector {
  max_align_t a;
  struct vector {
    size_t capacity;
    size_t typesize;
    size_t size;
  } v;
};

union uvector *uvector;
unsigned char *data;

data = calloc(1, sizeof *uvector ...
...
return data + sizeof *uvector;

答案有一些低效 - 在另一个答案中修改了..

Answer 2

Is the address of malloc + size_t * 3 aligned for any type?

不，因为标准类型可能比 size_t 具有更高的对齐要求。标准类型的对齐要求将是编译器使用的许多基本对齐之一。

C11 的 <stddef.h> 定义了一个标准类型 max_align_t，其对齐方式与实现支持的任何标准类型一样好。（可能有比 max_align_t 更高对齐要求的扩展类型。）C11 也有 _Alignof 和 _Alignas 关键字。

_Alignof 是一个对类型进行运算的运算符，其结果是一个整数常量表达式，等于该类型的对齐要求（以字节为单位）。最大的基本对齐由_Alignof(max_align_t)给出。

_Alignas 关键字在 对齐说明符 中用作声明的一部分，以增加声明的对象或成员的对齐要求。（它不能用于降低对象或成员的对齐要求。）对齐说明符具有以下形式之一：

_Alignas ( 类型名称 )
_Alignas ( 常量表达式 )

其中 constant-expression 以字节为单位指定所需的对齐方式。第一种形式 type-name 等同于 _Alignas (_Alignof ( 类型名称 ) ).

您可以使用对齐说明符将 struct vector 的第一个成员的对齐要求增加到最大基本对齐，如下所示：

struct vector {
    _Alignas(max_align_t)
    size_t capacity;
    size_t typesize;
    size_t size;
};

由于 struct vector 的第一个成员现在具有最大可能的基本对齐方式，因此 struct vector 作为一个整体具有相同的对齐要求（除非它包含需要 扩展对齐)。如有必要。编译器在 struct vector 的末尾添加额外的填充以确保 sizeof(struct vector) 是 _Alignof(max_align_t).

的倍数

malloc + size_t * 3 的地址是否为任何类型对齐？

Is the address of malloc + size_t * 3 aligned for any type?

c

malloc

memory-alignment