编译器如何知道物理地址的对齐方式？

Question

我知道一些CPU架构不支持未对齐的地址访问(例如，ARM4之前的ARM架构没有访问内存中半字对象的指令)。针对该体系结构的一些编译器(例如，某个版本的GCC)在发现未对齐的地址时会使用一系列内存访问，因此未对齐的访问对开发人员几乎是透明的。(请参阅The Definitive Guide to GCC, By William von Hagen)

但我想知道编译器如何知道地址是否对齐？毕竟，编译器看到的是虚拟地址(有效地址，EA)，如果它能看到任何东西的话。当程序运行时，EA可以被操作系统映射到任何物理地址。即使虚拟地址是对齐的，产生的物理地址也可能是未对齐的，不是吗？物理地址的对齐才是真正重要的，并在CPU地址线上传输。

因为编译器根本不知道物理地址，它如何智能地知道变量的地址是否对齐呢？

Answer 1

虚拟地址并不只是映射到任何物理地址。虚拟内存是以对齐的方式映射到物理页面的页面。(通常对齐到4096)。

请参阅：Virtual memory and alignment - how do they factor together?

Answer 2

对齐对于目标代码来说是一个非常有用的属性，部分原因是一些机器坚持“对齐访问”，但在现代计算机中，因为缓存线对性能有巨大的影响，因此代码/循环/数据/锁的缓存对齐是本地友好编译器的要求。

实际上，世界上所有的加载器都支持在中等大小的2次方对齐的边界上加载代码。(汇编器和链接器也通过各种对齐指令支持这一点)。通常，链接器和加载器只是将第一个加载的值与众所周知的边界大小对齐；具有虚拟内存的OSes通常会根据VM页面大小提供一个方便的边界(与其他答案相关)。

因此，编译器基本上可以知道其发出的代码/数据的对齐方式。通过跟踪它发出的代码量，它可以知道任何发出的值的对齐方式。如果它需要对齐，它可以发出一个链接器指令，或者对于中等大小，只需填充，直到发出的代码量适当对齐。

因此，您可以非常肯定的是，大多数编译器不会以跨越缓存线(或其他架构强加的)边界的方式放置代码或数据构造，除非被指示这样做，否则会对性能产生重大影响。