如何检查对齐在C中是否有效？答案

【问题标题】：How to check if an alignment is valid in C?如何检查对齐在C中是否有效？
【发布时间】：2016-03-25 22:30:01
【问题描述】：

我正在编写的代码需要完全符合标准。该标准不承诺任何比max_align_t 更强的对齐选项。我想尝试与缓存行对齐，但我知道如果实现不支持这种强度的对齐方式，那将是未定义的行为。

有没有办法解决这个问题？有什么方法可以在预处理时检查哪些扩展对齐可用？或者，如果对齐不可用，有什么方法可以请求对齐，而不是得到它，而不是有未定义的行为？

aligned_alloc 适用于分配的内存。不过，我也对静态存储的内存感兴趣。

编辑：为了说明我的问题，以下是我遇到问题的 C11 标准的陈述：

6.2.8

对齐表示为size_t 类型的值。有效对齐仅包括由基本类型的_Alignof 表达式返回的值，以及附加的实现定义的值集，这些值可能为空。每个有效的对齐值都应该是 2 的非负整数幂。

因此，任何给定的 2 幂都不一定是有效的对齐方式，我不能指望 64 小于或等于 max_align_t，因此 64 可能不是有效的对齐方式。如果它不是有效的对齐方式，这是我未定义的行为问题：

6.7.5 对齐说明符

常量表达式应为整数常量表达式。它应评估为有效的基本对齐，或在其出现的上下文中由实现支持的有效扩展对齐，或为零。

【问题讨论】：

不确定您的问题是什么，特别是当您使用 C11 标签时。 _Alignas_ 使用您指定的对齐方式。如果您使用非法对齐，您将调用 UB，但它仍用于对象。问题是什么？并且预处理是在处理之前完成的（查找前缀“pre”），那么它是如何进入游戏的呢？
问题是未定义的行为。我需要保证不会有未定义的行为，因此我无法与有可能产生未定义行为的对齐方式对齐。无法保证像 64 这样良性的东西会成为合法的对齐方式。
嗯，你应该阅读关于对齐的想法。您能否详细说明为什么所需对齐的更大倍数会成为问题？
1.预处理器肯定不会有帮助。 2. 如果 _Alignas_ 不符合您的要求，您可以随时分配（也静态）更大的内存块，并根据您的喜好在该内存块内工作。这完全独立于编译器和系统。这是否会提高代码的可读性和可维护性，我将留给您...在大多数情况下，您最好使用动态内存和 aligned_alloc()
@tofro 1. 如果我能确定它不会产生定义的行为，我希望使用预处理器来放弃我的对齐请求。例如，如果 max_align_t 与 64 字节对齐（我怀疑永远不会如此），那么我可以使用该信息来证明可以包含我的 64 字节对齐。 2. 感兴趣的代码是一个头文件，它声明了许多我想使用相同内存的类似函数，并且我希望它缓存行对齐，都是出于性能考虑。分配会在使用函数时引入不希望的复杂性。

标签： c memory-alignment c11

【解决方案1】：

您的编译器将自行选择的对齐方式不应该比max_align_t 更宽，但这就是它的全部。要求更广泛的对齐是没有障碍的。

因此，要确保struct 的特定字段按您的意愿放置在边界上，您只需使用_Alignas。只要您要求的值是 2 的幂，并且您的编译器允许特定的对齐方式，所有内容都已明确定义。如果不是，你的编译器必须抱怨。

这正是在 C11 中添加 _Alignas 的原因之一。

【讨论】：

仅仅让一个阵营成为 2 次方不足以形成一个有效阵营。我将标准中的引号添加到我的问题中以支持这一点。所以，我的问题是我只想要求 2 次幂，如果没有提供，那很好。这可能就是未定义的行为。尽管如此，我仍然会依赖未定义的行为，这对我的项目来说是不可接受的。
不，标准文本中的“shall”通常命名约束。因此，如果您选择的对齐方式不在扩展对齐方式中，您的编译器必须给出诊断。特别是，这样的代码要么编译（然后行为被明确定义），要么编译失败并出现诊断。如果您考虑一下，这里有“未定义的行为”是没有意义的。类型及其对齐方式是编译时特性。因此，如果出现问题，编译器应该会告诉你。
太棒了，谢谢。我没有意识到“应该”对实施提出了如此明确的要求。我在标准中找到了这些要求的描述，所以很高兴知道。

【解决方案2】：

我认为，您需要查看函数 valloc() 或 memalign()。另外，非常有用的调用：

int pagesize = sysconf(_SC_PAGESIZE);

如果您需要将缓冲区与页面大小对齐，您可以调用：

char *buf = ...; // Buffer to unaligned memory
buf -= (uinsigned)buf & (pagesize - 1); // align to low border
buf += pagesize; // align to high border

【讨论】：

无论uinsigned 是什么，这是一个非常糟糕（且不必要）的黑客行为。 OP 清楚地询问了一种符合标准的方式，而您的代码绝对不是。他主要询问静态对象。