C++-对齐内存

C++ - Aligning memory

本文关键字：内存 对齐 C++-      更新时间：2023-10-16

我真的很想了解这两行发生了什么

const int PAGES = 8 * 1024;
// PAGES + extra 4KiB for alignment
uint8_t * mem = new uint8_t [ PAGES * CCPU::PAGE_SIZE + CCPU::PAGE_SIZE ];
// align to a mutiple of 4KiB
uint8_t * memAligned = (uint8_t *) (( ((uintptr_t) mem) + CCPU::PAGE_SIZE - 1) & ~(uintptr_t) ~CCPU::ADDR_MASK );

尤其是最后一行，我什么都不懂。。。

它使用C++分配器而不是更特定于操作系统的专用对齐分配函数（例如POSIX的posix_memalign或C11的aligned_alloc）来分配指向页面对齐内存块的指针，即PAGES页数。

首先，它分配PAGES + 1页内存（可能是页对齐的，也可能不是页对齐的），然后向前调整结果指针，使其指向结果中第一个页对齐的字节。通过过度分配一个额外的页面，它知道它肯定会有足够大的分配，以使PAGES可用页面超过该点。程序只需要确保它在完成时是delete的mem，而不是memAligned（删除后者可能会导致程序现在崩溃，稍后由于堆损坏，或者只是内存泄漏；这是未定义的行为，因此将计算机熔化是合法行为）。

最后一行在数字上相当于四舍五入到页面大小的下一个倍数；它将PAGE_SIZE - 1添加到指针（因此，如果指针已经页面对齐，它仍然在同一页中，否则它将移动到下一页），然后屏蔽地址的低位（在"已经页面对齐"的情况下取消添加，在所有其他情况下，将指针重置到mem中未对齐指针之后的第一页的开头）。

细节：~是逐位反转的，因此ADDR_MASK（可能类似于4096字节页面的0x00000FFF）变成了0xFFFFF000（翻转所有位）。当&对一个值求值时，只保留两个操作数中设置的位。举个例子：对于一个32位指针，我们假设new给了我们0xDEADBEEF，而PAGE_SIZE是4096。在4095（0xFFF）上添加意味着我们有"0xDEADCEE"。然后，我们用0xFFFFF000屏蔽，它消除了低位，给我们0xDEADC000，即0xDEADBEEF之后的第一个页面对齐地址。new返回的任何非页面对齐地址也会发生同样的情况。

如果该值已经进行了页面对齐，例如0xDEADB000，则在4095/0xFFF上相加会得到0xDEADBFFF（注意0xDEADB中没有任何位发生变化），因此当我们掩码以获得对齐的地址时，我们会再次返回0xDEADB000，因为我们已经进行了页对齐。

对CCD_ 29的强制转换是为了确保我们可以使用数学运算符来操作地址，为了确保逐位反转填充匹配指针所需的所有位（如果指针大小不合适，你可能会反转，然后上转换，突然你会在左边有一堆零，而不仅仅是右边，你最终会屏蔽掉指针中的重要位，所以它指向了一个完全不同和错误的地方）。

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