为什么分配的变量地址之间存在 16 个字节的差异？ [复制]答案

【问题标题】：Why there is difference by 16 byte between allocated variables' addresses? [duplicate]为什么分配的变量地址之间存在 16 个字节的差异？ [复制]
【发布时间】：2017-03-05 17:58:02
【问题描述】：

为什么要对齐 8 个字节（在 64 位系统上是 16 个字节）？这种对齐的原因是什么？

示例：

int* ptr1 = new int;
int* ptr2 = new int;
int* ptr3 = new int;

cout << ptr1 << " " << ptr2 << " " << ptr3 << endl;
cout << ptr2 - ptr1 << endl;

输出：

0x15cbc20 0x15cbc40 0x15cbc60  
8

【问题讨论】：

实际上，查看您提供的输出，您分配的 int 相隔 32 个字节。
完全取决于使用什么内存分配算法。分配的块不太可能与请求的类型大小完全匹配，但至少是对齐的，或者获取与默认分配器一起使用的最小内存块。
对齐已完成，因此 CPU 可以更快地从主内存中读取
指针的区别不是8个字节，而是8个整数。无论如何，只分配一些大小，如 32、64 或 128 字节可能会提高分配速度并最大限度地减少内存碎片。谁在堆上分配单个整数？
您需要一本关于计算机如何工作的书！ :D

标签： c++ c++11

【解决方案1】：

int* ptr1 = new int;
int* ptr2 = new int;
int* ptr3 = new int;

第一，不能保证这些语句将分配与sizeof(int) 相关的连续内存地址。

这种对齐的原因是什么？

因为 CPU 有缓存来访问堆分配的数据，并且这些缓存经过优化，可以对 32 位或 64 位指针使用字节对齐的访问，具体取决于目标架构。

【讨论】：

【解决方案2】：

实际上有两件事通常负责：

对齐（其他答案已处理）
簿记信息

当您请求 4 字节（例如）内存时，您的底层内存分配器（无论选择的 operator new(...) 使用什么）可能会使用一些额外的字节来存储一些簿记信息。看好解释here

簿记信息通常是 delete 工作的原因，而无需告诉它请求的原始内存大小。

例如：

void* Malloc(std::size_t size){
     //Allocator searches for free memory
     auto FreeList = GetNextFreeNodeOfAtLeast(size + 16);

     //Rounds the requested size to the ceil of CPU word size
     size = RoundToWordAlignment(size);

     //Allocate with an extra 16 bytes for bookkeeping
     void* Memory = FreeList->Allocate(size + 16);

     //Use the Upper 16bytes... some implementations use lower..
     auto info = static_cast<MallocInformation*>(Memory + size);

     //Create an Info object so that `Free` or operator delete can use to free memory
     new(info) MallocInformation(size, FreeList, ....);

     //Return the Memory
     return Memory;
}

分配给您的每块内存都附有一些积压的信息。内存分配器有许多不同的工作方式，有些具有单个指针的簿记信息，指向管理内存的某个主结构。

C++ 标准不要求连续的内存分配是连续的，也没有指定它们之间有多少内存“间隙”。

【讨论】：

CPU 字是 2 个字节，对吗？因此，这种对齐对于开销大小来说并不那么重要。还是有一些额外的对齐，不仅仅是单词？

【解决方案3】：

无法保证动态分配的对象会被相邻存储（即使在相邻对齐的地址中）。您的分配器碰巧分配了内存 8*sizeof(int)（您的系统上为 32）字节，这是一个实现细节。

operator new 通常（尽管不能保证，这是另一个实现细节）使用malloc 实现。使用malloc 分配内存时，无法请求特定对齐。这就是为什么它保证分配内存适合任何内置类型，即sizeof(maxalign_t) 边界。因此，对于一个典型的实现，我不会意外地发现 8 或 16 个字节的对齐方式。

【讨论】：