GCC 变量对齐问题答案

【问题标题】：GCC variables alignment issuesGCC 变量对齐问题
【发布时间】：2017-04-13 05:37:32
【问题描述】：

我正在为 Microblaze 处理器使用 GCC 编译器。最近我遇到了一个变量对齐的问题。我注意到有时编译器会将静态变量分配给未对齐的地址（该地址不能被 4 整除），因此如果我将未对齐变量的指针发送给任何函数，我都会得到未对齐的访问硬件异常。

我有两个关于该主题的问题：

如何确保所有静态变量都对齐？有没有强制要求的标志？目前我正在使用变量属性：
```
__attribute__((aligned(4)))
```
但这很不舒服，因为我需要为我拥有的每个静态变量定义它，这没有意义。
有没有办法确保我的函数局部变量（分配在堆栈中）对齐？我的意思是有没有办法确保我的堆栈头对齐，每个函数都使用堆栈的对齐部分，并且在堆栈中分配的任何变量都是对齐的。

谢谢。

【问题讨论】：

这听起来像是一个编译器错误。编译器应根据目标架构处理对齐。
注意：不要使用存在标准替代方案的编译器扩展。使用 _Alignas 说明符（分别是 stdalign.h 名称）。您可以使用_Alignof 检查编译器应该期望的对齐方式。在提交错误报告之前，我会非常彻底地测试这个问题。
我已经测试了对齐方式。对于大小为 1 的类型，对齐方式为 1，因此可能会获得未对齐的变量。但我的问题是，是否有一个标志使默认对齐至少为 4，或者类似的东西。
你传递给 gcc 的标志是什么？

标签： c gcc memory-alignment compiler-flags microblaze

【解决方案1】：

AFAIK 无法告诉 GCC 您要对整个编译单元强制执行某种对齐。那就是没有编译器标志类似于“alignment_unit 4”。

我不是该主题的专家（尤其不是 Microblaze 软核），但我对针对我 PC 的 Intel x64 CPU 的 GCC 和针对 ARM Cortex-M4 微控制器的 IAR C 做了一些实验。

设置 1：全局（文件级）变量

static uint64_t a = 0;
static uint8_t b = 0;
static uint16_t c = 0;
static uint16_t d = 0;
static uint8_t e = 0;

int main()
{   
    printf("&a = %u\n", &a);
    printf("&b = %u\n", &b);
    printf("&c = %u\n", &c);
    printf("&d = %u\n", &d);
    printf("&e = %u\n", &e);

    return 0;
}

设置 2：本地（函数级）变量

void some_func()
{    
    uint64_t a = 0;
    uint8_t b = 0;
    uint16_t c = 0;
    uint16_t d = 0;
    uint8_t e = 0;

    printf("&a = %u\n", &a);
    printf("&b = %u\n", &b);
    printf("&c = %u\n", &c);
    printf("&d = %u\n", &d);
    printf("&e = %u\n", &e);
}

int main()
{   
    some_func();    
    return 0;
}

我关闭了所有优化。

这两种设置都没有导致 4 字节（或 PC 为 8 字节）对齐的变量地址。编译器/平台组合都是这种情况。

我能想到的唯一可能的解决方案（尽管它可能不优雅）是为自定义类型创建一个标头并将以下 typedef 放入其中：

typedef __attribute__((aligned(4))) uint64_t ui64_aligned;
typedef __attribute__((aligned(4))) uint32_t ui32_aligned;
typedef __attribute__((aligned(4))) uint16_t ui16_aligned;
typedef __attribute__((aligned(4))) uint8_t ui8_aligned;

然后在需要时使用“对齐类型”。这样，您将同时拥有“自定义对齐”和“自动对齐”类型，并且您也不会损害代码的可读性（太多......）。

我知道这不是您正在寻找的解决方案，但这至少有效（就我的测试而言）。

【讨论】：