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字节对齐

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处理器间通过消息(对于C/C++而言就是定义的结构体)进行通信时需要注意字节对齐以及字节序的问题。


1.1字节对齐

某些处理器不允许16位和32位的数据在内存中任意排放。例如,Motorola 68000 处理器不允许16位的字存放在奇地址,否则会触发异常。

通常32位的处理器通过总线访问(包括读和写)内存数据。每个总线访问周期可以访问32位内存数据。内存数据是以8位的字节为单位存放的。


假如一个32位的数据没有在4字节整除的内存地址处存放,那么处理器就需要2个总线周期对其进行访问。通过合理的内存对齐可以提高访问效率。

大多数编译器提供内存对其的选项供用户使用。这样用户可以根据处理器的情况选择不同的字节对齐方式。例如C/C++编译器提供的#pragma pack(n) n=1,2,4等,让编译器在生成目标文件时,使内存数据按照指定的方式排布在1,2,4等字节整除的内存地址处。

然而在不同编译平台,或者不同处理器上,字节对齐会造成消息结构长度的变化。现在假设用户定义结构体如下:

struct Message

{

  short opcode;

  char subfield;

  long message_length;

  char version;

  short destination_processor;

};

由于为了字节对齐而进行的填充是通过编译器进行的编译器可以将上述结构填充成:

struct Message

{

  short opcode;

  char subfield;

  char pad1;            // Pad to start the long word at a 4 byte boundary

  long message_length;

  char version;

  char pad2;            // Pad to start a short at a 2 byte boundary

  short destination_processor;

  char pad3[4];         // Pad to align the complete structure to a 16 byte boundary

};

也可能填充成其他形式。如此,不同编译平台,处理器间数据通信的风险就不必说了吧。


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