内存对齐公式

Question

在浏览一些内核代码时，我发现了一个内存对齐公式，如

对齐=((操作数+(对齐- 1))和~(对齐- 1))

所以我甚至为此写了一个程序：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {
    long long operand;
    long long alignment;
    if(argv[1]) {
        operand = atol(argv[1]);
    } else {
        printf("Enter value to be aligned!\n");
        return -1;
    }
    if(argv[2]) {
        alignment = strtol(argv[2],NULL,16);
    } else {
        printf("\nDefaulting to 1MB alignment\n");
        alignment = 0x100000;
    }
    long long aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1));
    printf("Aligned memory is: 0x%.8llx [Hex] <--> %lld\n",aligned,aligned);
    return 0;
}

但我一点也不明白这个逻辑。这是怎么回事？

Answer 1

基本上，公式将整数operand (地址)增加到与alignment对齐的下一个地址。

表达式

aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1))

基本上与更容易理解的公式相同：

aligned = int((operand + (alignment - 1)) / alignment) * alignment

例如，有操作数(地址) 102和对齐10，我们得到：

aligned = int((102 + 9) / 10) * 10
aligned = int(111 / 10) * 10
aligned = 11 * 10
aligned = 110

首先，我们添加到address 9并获取111。然后，因为我们的对齐是10，基本上我们把最后一个数字，也就是111 / 10 * 10 = 110

请注意，对于10对齐的每一次幂(即10,100,1000等)，我们基本上将最后一位数归零。

在大多数CPU上，除法和乘法运算比按位运算花费的时间要长得多，所以让我们回到原来的公式：

aligned = ((operand + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1))

公式的第二部分只有在对齐为2的幂时才有意义。例如：

... & ~(2 - 1) will zero last bit of address.
... & ~(64 - 1) will zero last 5 bits of address.
etc

就像将地址的最后几位数归零表示10次对齐一样，我们将最后几位位归零为2位对齐。

希望这对你来说有意义。