malloc和C对齐:这种手工优化安全吗

Question

我把整个代码放在不同的文件中(.h和.c文件(

typedef unsigned char ubyte;
typedef unsigned int uint;
#include<stdbool.h>
typedef struct Cube {
ubyte n;
ubyte e;
ubyte s;
ubyte w;
} Cube;
typedef struct Piece {
Cube c;
bool is_main;
char offset_n;
char offset_s;
} Piece;
typedef struct Block {
ubyte total;
Piece* pieces;
} Block;
Block *block_create(uint nb_pieces) {
Block *block = malloc(sizeof(Block) + (sizeof(Piece) * nb_pieces));
block->pieces = (Piece *) (&block + sizeof(Block));
return block;
}

我只是想知道这行代码：block->pieces = (&block + sizeof(Block));是否总是安全的。我的意思是：我们能确定，在sizeof(Piece)之后，立即，我们将有精确的(sizeof(Piece) * nb_pieces)吗？我们确定永远不会有对齐问题吗(即，如果它是64位对齐的，sizeof(Block)的内存将小于8字节，并且block->pieces应该而不是精确地指向sizeof(Block)，而是"sizeof(Block)64位对齐"(。

我希望我足够清楚。

Answer 1

首先，这并没有达到你的预期，原因有很多：

block->pieces = (&block + sizeof(Block));

首先，&block是变量block的地址，而不是block的内容，并且具有类型block **。最多，您可以安全地将该指针值加1，因为任何其他操作都会创建一个指针，该指针超过该变量的末尾，而该变量是无效的。

因此，您需要将&block更改为block。这仍然不能达到您的预期，因为指针算术将原始地址增加对象大小的倍数。因此，将sizeof(Block)添加到其中不是向上移动1个阵列元素，而是向上移动sizeof(Block)阵列元素。

要解决此问题，您需要block + 1。现在，您需要开始担心对齐问题。为了使Pieces阵列正确对齐，您需要检查_Alignof(Block)和_Alignof(Piece)是否相同。如果没有，则需要添加填充字节：

int padding = 0;
if (_Alignof(Block) % _Alignof(Piece) != 0) {
padding = _Alignof(Piece) - (_Alignof(Block) % _Alignof(Piece));
}
Block *block = malloc(sizeof(Block) + padding + (sizeof(Piece) * nb_pieces));
block->pieces = (Piece *)((char *)(block + 1) + padding);

当然，您可以通过使pieces成员成为灵活的数组成员来避免所有这些：

typedef struct Block {
ubyte total;
Piece pieces[];
} Block;

分配本身就足够了。