基本数据对齐问题

Question

我一直在尝试了解我的计算机在幕后是如何工作的。我感兴趣的是看到函数内部堆栈上发生的情况。为此，我编写了以下玩具程序：

#include <stdio.h>

void __cdecl Test1(char a, unsigned long long b, char c)
{
    char c1;
    unsigned long long b1;
    char a1;
    c1 = 'b';
    b1 = 4;
    a1 = 'r';
    printf("%d %d - %d - %d %d Total: %d\n", 
        (long)&b1 - (long)&a1, (long)&c1 - (long)&b1,
        (long)&a - (long)&c1,
        (long)&b - (long)&a, (long)&c - (long)&b,
        (long)&c - (long)&a1
        );
};

struct TestStruct
{
    char a;
    unsigned long long b;
    char c;
};

void __cdecl Test2(char a, unsigned long long b, char c)
{
    TestStruct locals;
    locals.a = 'b';
    locals.b = 4;
    locals.c = 'r';
    printf("%d %d - %d - %d %d Total: %d\n", 
        (long)&locals.b - (long)&locals.a, (long)&locals.c - (long)&locals.b,
        (long)&a - (long)&locals.c,
        (long)&b - (long)&a, (long)&c - (long)&b,
        (long)&c - (long)&locals.a
        );
};

int main()
{
    Test1('f', 0, 'o');
    Test2('f', 0, 'o');
    return 0;
}

这会输出以下内容：

9 19 - 13 - 4 8 Total: 53

8 8 - 24 - 4 8 Total: 52

函数参数表现良好，但与调用约定不同已指定，我希望如此。但局部变量有点不稳定。我的问题是，为什么这些不一样？第二次调用似乎产生了更紧凑且对齐更好的堆栈。

查看 ASM 并没有什么启发（至少对我来说），因为变量地址仍然是别名。所以我想这实际上是一个关于汇编器本身将堆栈分配给局部变量的问题。

我意识到任何具体答案都可能是特定于平台的。我对一般性解释更感兴趣，除非这个怪癖确实是特定于平台的。不过，为了记录，我在 64 位 Intel 机器上使用 VS2010 进行编译。

Answer 1

POD 结构的内存布局几乎是由平台上的语言规则 + 类型对齐/大小要求指定和保证的。

实现可以自由地处理局部变量和函数参数。它很可能只是因为您使用一元 & 将其中一些放入堆栈中。操作员获取他们的地址。

当不使用局部变量时，编译器可能会优化其初始化。当局部简单变量被非常频繁地使用时，编译器可能会使用寄存器。当局部变量仅使用一次时，编译器可以直接使用它的值来代替使用。

如果您希望更好地指定/保证函数参数布局，那么您必须使用 extern“C”链接。

Answer 2

在 Test1 中，您定义了一堆局部变量。编译器不会被迫将它们打包在一起，或者按照您声明它们的顺序打包。

在 Test2 中，您定义一个结构体，编译器使用 http://en.wikipedia.org 填充数据/wiki/Data_struct_alignment#Typical_alignment_of_C_structs_on_x86