關(guān)于arm 的字節(jié)對齊
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現(xiàn)代計算機中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始，但實際情況是在訪問特定類型變量的時候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各種類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。
對齊的作用和原因：各個硬件平臺對存儲空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定類型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構(gòu)的CPU在訪問一個沒有進行對齊的變量的時候會發(fā)生錯誤,那么在這種架構(gòu)下編程必須保證字節(jié)對齊.其他平臺可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平臺要求對數(shù)據(jù)存放進行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設為32位系統(tǒng)）如果存放在偶地址開始的地方，那么一個讀周期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開始的地方，就需要2個讀周期，并對兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進行拼湊才能得到該32bit數(shù)據(jù)。顯然在讀取效率上下降很多。
二.編譯器是按照什么樣的原則進行對齊的?
先讓我們看四個重要的基本概念：
1.數(shù)據(jù)類型自身的對齊值：對于char型數(shù)據(jù)，其自身對齊值為1，對于short型為2，對于int,float,double類型，其自身對齊值為4，單位字節(jié)。
2.結(jié)構(gòu)體的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個值。
3.指定對齊值：#pragma pack (value)時的指定對齊值value。
4.數(shù)據(jù)成員和結(jié)構(gòu)體的有效對齊值：數(shù)據(jù)成員(數(shù)據(jù)類型)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的自身對齊值和指定對齊值中小的那個值。(數(shù)據(jù)成員對齊了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自然也就對齊了)
有了這些值，我們就可以很方便的來討論具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員和其自身的對齊方式。有效對齊值N是最終用來決定數(shù)據(jù)存放地址方式的值，最重要。有效對齊N，就是表示“對齊在N上”，也就是說該數(shù)據(jù)的"存放起始地址%N=0".而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)變量都是按定義的先后順序來排放的。第一個數(shù)據(jù)變量的起始地址就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的起始地址。結(jié)構(gòu)體的成員變量要對齊排放，結(jié)構(gòu)體本身也要根據(jù)自身的有效對齊值圓整(就是結(jié)構(gòu)體成員變量占用總長度需要是對結(jié)構(gòu)體有效對齊值的整數(shù)倍，結(jié)合下面例子理解)。這樣就不難理解上面的幾個例子的值了。
例子分析：
分析例子B；
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};
假設B從地址空間0x0000開始排放。該例子中沒有定義指定對齊值，在筆者環(huán)境下，該值默認為4。第一個成員變量b的自身對齊值是1，比指定或者默認指定對齊值4小，所以其有效對齊值為1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二個成員變量a，其自身對齊值為4，所以有效對齊值也為4，所以只能存放在起始地址為0x0004到0x0007這四個連續(xù)的字節(jié)空間中，復核0x0004%4=0,且緊靠第一個變量。第三個變量c,自身對齊值為 2，所以有效對齊值也是2，可以存放在0x0008到0x0009這兩個字節(jié)空間中，符合0x0008%2=0。所以從0x0000到0x0009存放的都是B內(nèi)容。再看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B的自身對齊值為其變量中最大對齊值(這里是b）所以就是4，所以結(jié)構(gòu)體的有效對齊值也是4。根據(jù)結(jié)構(gòu)體圓整的要求， 0x0009到0x0000=10字節(jié)，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也為結(jié)構(gòu)體B所占用。故B從0x0000到0x000B 共有12個字節(jié),sizeof(struct B)=12;其實如果就這一個就來說它已將滿足字節(jié)對齊了, 因為它的起始地址是0,因此肯定是對齊的,之所以在后面補充2個字節(jié),是因為編譯器為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)組的存取效率,試想如果我們定義了一個結(jié)構(gòu)B的數(shù)組,那么第一個結(jié)構(gòu)起始地址是0沒有問題,但是第二個結(jié)構(gòu)呢?按照數(shù)組的定義,數(shù)組中所有元素都是緊挨著的,如果我們不把結(jié)構(gòu)的大小補充為4的整數(shù)倍,那么下一個結(jié)構(gòu)的起始地址將是0x0000A,這顯然不能滿足結(jié)構(gòu)的地址對齊了,因此我們要把結(jié)構(gòu)補充成有效對齊大小的整數(shù)倍.其實諸如:對于char型數(shù)據(jù)，其自身對齊值為1，對于short型為2，對于int,float,double類型，其自身對齊值為4，這些已有類型的自身對齊值也是基于數(shù)組考慮的,只是因為這些類型的長度已知了,所以他們的自身對齊值也就已知了.
同理,分析上面例子C：
__align(2) struct C
{
char b;
int a;
short c;
};*取消指定對齊，恢復缺省對齊*
第一個變量b的自身對齊值為1，指定對齊值為2，所以，其有效對齊值為1，假設C從0x0000開始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1= 0;第二個變量，自身對齊值為4，指定對齊值為2，所以有效對齊值為2，所以順序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四個連續(xù)字節(jié)中，符合0x0002%2=0。第三個變量c的自身對齊值為2，所以有效對齊值為2，順序存放
在0x0006、0x0007中，符合 0x0006%2=0。所以從0x0000到0x00007共八字節(jié)存放的是C的變量。又C的自身對齊值為4，所以C的有效對齊值為2。又8%2=0,C 只占用0x0000到0x0007的八個字節(jié)。所以sizeof(struct C)=8.
三.在ADS編譯器中的實例.
#pragma pack(push) //保存對齊狀態(tài)
//設定為4字節(jié)對齊
__align(4) struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設定的對齊方式（4字節(jié)對齊），m1占用1個字節(jié)。接著開始為m4分配空間，這時其偏移量為1，需要補足3個字節(jié)，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(shù)（因為sizeof(double)大于n）,m4占用8個字節(jié)。接著為m3分配空間，這時其偏移量為12，滿足為4的倍數(shù)，m3占用4個字節(jié)。這時已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個字節(jié)，滿足為n的倍數(shù)。如果把上面的 __align(4) struct test 改為 __align(16) struct test ，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為24。
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編譯器不同在存放結(jié)構(gòu)體方式可能不同，因此對齊也會有不同
ARM中字節(jié)對齊的深入探討
ARM中字節(jié)對齊的深入探討
閱讀了yos的文章《內(nèi)存對齊問題學習小結(jié)》，深有體會，看來在進行指針操作時，必須進行強制類型轉(zhuǎn)換，否則可能出現(xiàn)預想不到的錯誤。
在我的一個項目中，需要進行數(shù)據(jù)包解碼，同樣出現(xiàn)數(shù)據(jù)對齊的問題，卻沒能找到好的解決方法問題如下
CPU ARM7 ，編譯環(huán)境 Keil RVCT3.0
#pragma pack(1)
typedef struct {
} TSTBLK,* PTSTBLK;
主程序
main
{
//以下語句是避免 u16k,u32m,u32l被優(yōu)化掉
}
運行語句1 后， 結(jié)構(gòu)體中的
u8a[] = 0x00~0x02
u8a[] = 0x03~0x06
u16c = 0x0807
u32d = 0x0C0B0A09
u32e = 0x100F0E0D
顯然以上結(jié)果是我們所需要的，正確！
但繼續(xù)運行 2,3,4得到
u16k = 0x0706
u32m = 0x080B0A09
u32l = 0x0C0F0E0D
字節(jié)對齊發(fā)生了問題，亂了！
亂得還不輕 u32m 沒有等于0x0B0A0908
u32m 沒有等于0x0B0A0908
u32m 也沒有等于0x0F0E0D0C
why?
我試圖用u16k = (uint16)(pTST->u16c);
去修改，但無效！
其實pTST->u16c本身就是16位的，強制轉(zhuǎn)到16位自然沒有任何意義。
你說的情況對于ARM CPU確實存在，但對于其它體系結(jié)構(gòu)就不會出現(xiàn)
這是一個典型的ARM非對齊訪問的問題。#pragma pack(1)能保證你的結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)是緊縮對齊的（在內(nèi)存中是依次排列的）。那么對于
#pragma pack(1)
typedef struct {
} TSTBLK,* PTSTBLK;
假設該結(jié)構(gòu)體存放的基地址為0,則u8a[3]位于0－2字節(jié), u8b[4]位于3－6字節(jié)，u16c位于7－8字節(jié)，依次類推。那么當我們?nèi)ピL問u16c時編譯器會編譯成一條訪問地址為7的半字讀的匯編語言，而地址為7對于半字讀來說是一個非對齊訪問，CPU就自動會把地址變成把最低位忽略，也是說CPU讀的實際地址為6,于是讀u16c得到的是6 、7兩個字節(jié)即u16c=0x0706。對于字的訪問CPU會忽略低兩位地址，分析方法與前相同。你的兩個32位數(shù)我不能理解，你怎么可能得到那樣的結(jié)果，是不是寫錯了哦？？我覺得你應該分別得到0x0B0A0908 0x0F0E0D0C才對。當然還涉及一個字節(jié)序的問題。
這一個問題在ARM CPU中會出現(xiàn)，但對于POWERPC的CPU或X86的CPU你的代碼就不會出現(xiàn)問題，這都是CPU對非對齊訪問采用的處理方式不同造成，POWERPC X86 會把非半字的非對齊訪問變成兩個字節(jié)訪問，因為不會出現(xiàn)上面問題。MIPS我沒有去研究過。
對于ARM CPU把結(jié)構(gòu)體改為：
#pragma pack(1)
typedef struct {
uint16 u16c;
uint8 u8a[3];
} TSTBLK,* PTSTBLK;
整個結(jié)構(gòu)體仍然只占23個字節(jié)，但應該不會出現(xiàn)前面的問題。
謝謝大家，用__packed 可以解決問題，但我沒理解__packed 和#pragma pack(1)的區(qū)別，請問誰能再解釋得清楚些？
我先前的實驗結(jié)果確實是 u32m = 0x080B0A09
為什么不是0x0B0A0908 和0x0F0E0D0C，原因不詳
我不同意更改結(jié)構(gòu)體，因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是規(guī)定死了，不能隨意改
對于ARM CPU把結(jié)構(gòu)體改為：
#pragma pack(1)
typedef struct {
uint16 u16c;
uint8 u8a[3];
} TSTBLK,* PTSTBLK;
uboot中，ARM體系下，設置變量4字節(jié)對齊
調(diào)試程序遇到由于buffer地址不是4字節(jié)對齊，所有底層去:
u32 *p =(u32 *)buf;
使得數(shù)據(jù)拷貝有誤。所以，去參考了uboot中其他人的做法：
boards1845flash.c中的：
#define __align__ __attribute__ ((aligned (8)))
static __align__ ulong precmd0[2]
所以，此處就可以這么做，使一個字符數(shù)組變量4字節(jié)對齊的：
static__attribute__ ((aligned (4)))unsigned char data_buf[MAX_PAGE_SIZE];
ARM 的 RealView中的解釋：
4.4.2.__attribute__((aligned))
aligned類型屬性指定類型的最低對齊要求。
Note
此類型屬性是 ARM 編譯器支持的 GNU 編譯器擴展。
| Copyright 2007-2009 ARM Limited. All rights reserved. | ARM DUI 0348BC |
| Non-Confidential, Unrestricted Access |
4.5.3 __attribute__((aligned))
aligned 變量屬性指定變量或結(jié)構(gòu)字段的最低對齊要求（按字節(jié)計算）。
注意
此變量屬性是 ARM 編譯器支持的 GNU 編譯器擴展。
示例
int Variable_Attributes_aligned_0 __attribute__ ((aligned (16)));
short Variable_Attributes_aligned_1[3] __attribute__ ((aligned));
2.1.157 --unaligned_access, --no_unaligned_access
此選項啟用或禁用基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器上的未對齊數(shù)據(jù)訪問。
缺省設置
對于支持未對齊數(shù)據(jù)訪問的基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，缺省為
--unaligned_access。這包括：
• 基于 ARMv6 體系結(jié)構(gòu)的所有處理器
• 基于 ARMv7-A 和 ARMv7-R 體系結(jié)構(gòu)的處理器。
對于不支持未對齊數(shù)據(jù)訪問的基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，缺省為
--no_unaligned_access。這包括：
• 基于 ARMv6 以前版本的體系結(jié)構(gòu)的所有處理器
• 基于 ARMv7-M 體系結(jié)構(gòu)的處理器。
用法
--unaligned_access
在支持未對齊數(shù)據(jù)訪問的處理器（如 --cpu=ARM1136J-S）上使用
--unaligned_access 可加快對壓縮結(jié)構(gòu)的訪問速度。
若要啟用未對齊支持，必須執(zhí)行下列操作：
• 在初始化代碼中清除 CP15 寄存器 1 的 A 位（即位 1）。
• 在初始化代碼中設置 CP15 寄存器 1 的 U 位（即位 22）。
U 位的初始值由內(nèi)核的 UBITINIT 輸入確定。
RVCT 庫包含旨在利用未對齊訪問的某些庫函數(shù)的特殊版本。在啟
用未對齊訪問支持的情況下，RVCT 工具將使用這些庫函數(shù)從未對
齊訪問中獲益。
--no_unaligned_access
使用 --no_unaligned_access 可在 ARMv6 處理器上禁止生成未對齊
字和半字訪問。
若要在不使用未對齊訪問的情況下在 ARMv6 目標上啟用對四字節(jié)
求模的對齊檢查，必須執(zhí)行下列操作：
• 在初始化代碼中設置 CP15 寄存器 1 的 A 位（即位 1）。
• 在初始化代碼中設置 CP15 寄存器 1 的 U 位（即位 22）。
U 位的初始值由內(nèi)核的 UBITINIT 輸入確定。
注意
ARM 處理器內(nèi)核不支持未對齊雙字訪問，例如對 long long 整數(shù)的
未對齊訪問。雙字訪問必須是八字節(jié)或四字節(jié)對齊的。
編譯器不支持對八字節(jié)求模的對齊檢查。也就是說，編譯器（或
更具體地說是 RVCT 工具集）不支持 CP15 寄存器 1 中的配置 U =
0、A = 1。
RVCT 庫包含旨在利用未對齊訪問的某些庫函數(shù)的特殊版本。若要
在禁用未對齊訪問支持的情況下禁止使用這些高級庫函數(shù)，則在
編譯 C 和 C++ 源文件以及匯編語言源文件組合的情況下，需要同
時在編譯器命令行和匯編器命令行中指定 --no_unaligned_access。
限制
僅當軟件中的對齊支持選項與處理器內(nèi)核中的對齊支持選項相匹配時，針對支
持未對齊數(shù)據(jù)訪問的處理器而編譯的代碼才能正確運行。
2。GNU C 擴展之__attribute__ 機制簡介
aligned (alignment)
該屬性規(guī)定變量或結(jié)構(gòu)體成員的最小的對齊格式，以字節(jié)為單位。例如：
int x __attribute__ ((aligned (16))) = 0; 編譯器將以16字節(jié)（注意是字節(jié)byte不是位bit）對齊的方式分配一個變量。也可以對結(jié)構(gòu)體成員變量設置該屬性，例如，創(chuàng)建一個雙字對齊的int對，可以這么寫：
struct foo { int x[2] __attribute__ ((aligned (8))); }; 如上所述，你可以手動指定對齊的格式，同樣，你也可以使用默認的對齊方式。如果aligned后面不緊跟一個指定的數(shù)字值，那么編譯器將依據(jù)你的目標機器情況使用最大最有益的對齊方式。例如：
short array[3] __attribute__ ((aligned)); 選擇針對目標機器最大的對齊方式，可以提高拷貝操作的效率。
aligned屬性使被設置的對象占用更多的空間，相反的，使用packed可以減小對象占用的空間。
需要注意的是，attribute屬性的效力與你的連接器也有關(guān)，如果你的連接器最大只支持16字節(jié)對齊，那么你此時定義32字節(jié)對齊也是無濟于事的。
packed
使用該屬性可以使得變量或者結(jié)構(gòu)體成員使用最小的對齊方式，即對變量是一字節(jié)對齊，對域（field）是位對齊。
下面的例子中，x成員變量使用了該屬性，則其值將緊放置在a的后面：
3.關(guān)于ARM-GCC的ALIGN問題
最后在CSDN上查到arm-linux-gcc的方法（以下是引用）：
1.在makefile里加-fpack-struct 選項,這樣的話對所有的結(jié)構(gòu)按一字節(jié)對齊.
不得不說,確實有那么些質(zhì)量較差的程序可能需要你部分自然對齊,部分一字 節(jié)對齊,此時
2. typedef struct pack{
}__attribute__((packed))
可利用__attribute__屬性
由此可見對齊的參數(shù)是與平臺相關(guān)的，gcc的通用性也解決不了辦法。
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