malloc和c对齐:这种手工优化安全吗？

Question

我把整个代码放在不同的文件中(.h和.c文件)

typedef unsigned char ubyte;
typedef unsigned int uint;
#include<stdbool.h>

typedef struct Cube {
    ubyte n;
    ubyte e;
    ubyte s;
    ubyte w;
} Cube;

typedef struct Piece {
    Cube c;
    bool is_main;
    char offset_n;
    char offset_s;
} Piece;

typedef struct Block {
    ubyte total;
    Piece* pieces;
} Block;

Block *block_create(uint nb_pieces) {
    Block *block = malloc(sizeof(Block) + (sizeof(Piece) * nb_pieces));
    block->pieces = (Piece *) (&block + sizeof(Block));
    return block;
}

我只是想知道这一行代码：block->pieces = (&block + sizeof(Block));是否是，始终是安全的。我的意思是:我们能确定，在sizeof(Piece)之后，我们就会有精确的(sizeof(Piece) * nb_pieces)吗？我们确定永远不会出现对齐问题(即如果64位对齐，sizeof(Block)的内存将小于8字节，block->pieces不应该指向精确的sizeof(Block)，而是"sizeof(Block) 64位对齐“)。

希望我说得够清楚。

Answer 1

首先，这不是您所期望的，而且有多种原因：

block->pieces = (&block + sizeof(Block));

首先，&block是变量block的地址，而不是block的内容，并且具有block **类型。最多，您可以安全地添加1这个指针值，因为任何更多的指针都会在这个变量结束后创建一个指针，该指针无效。

因此，您需要将&block更改为block。这仍然不能达到预期的效果，因为指针算法会将原始地址增加到对象大小的倍数。因此，向其中添加sizeof(Block)并不是向上移动1个数组元素，而是向上移动sizeof(Block)数组元素。

要解决这个问题，您需要block + 1。现在你需要开始担心对齐了。要正确地对齐Pieces数组，需要检查_Alignof(Block)和_Alignof(Piece)是否相同。如果没有，则需要添加填充字节：

int padding = 0;
if (_Alignof(Block) % _Alignof(Piece) != 0) {
    padding = _Alignof(Piece) - (_Alignof(Block) % _Alignof(Piece));
}
Block *block = malloc(sizeof(Block) + padding + (sizeof(Piece) * nb_pieces));
block->pieces = (Piece *)((char *)(block + 1) + padding);

当然，您可以通过使pieces成员成为一个灵活的数组成员来避免这一切。

typedef struct Block {
    ubyte total;
    Piece pieces[];
} Block;

而分配本身就足够了。