了解堆栈分配和对齐

Question

我试图了解堆栈对齐如何工作，如什么是“堆栈对齐”？中所述。但我很难找到一个小例子来证明上述行为。我正在检查函数 foo 的堆栈分配：

void foo() {
    int a = 0;
    char b[16];
    b[0] = 'a';
}

我使用 gcc -ggdb example.c -o example.out 编译源文件（即没有任何编译器标志），并且从 gdb 读取汇编器转储：

(gdb) disassemble foo
Dump of assembler code for function foo:
0x08048394 <+0>:    push   %ebp
0x08048395 <+1>:    mov    %esp,%ebp
0x08048397 <+3>:    sub    $0x20,%esp
0x0804839a <+6>:    movl   $0x0,-0x4(%ebp)
0x080483a1 <+13>:   movb   $0x61,-0x14(%ebp)
0x080483a5 <+17>:   leave  
0x080483a6 <+18>:   ret    
End of assembler dump.

我的堆栈以 16 字节的块分配（我通过其他几个测试验证了这一点）。根据这里的汇编器转储，已经分配了 32 个字节，因为 (16 < 4+16 < 32)，但是我希望在前 16 个字节上分配整数“a”，然后在下一个字节上分配字符数组16 个字节（中间留有 12 个字节的空间）。但似乎整数和字符数组都被分配了 20 个字节的连续块，根据我上面提到的讨论，这是低效的。有人可以解释一下我在这里缺少什么吗？

编辑：我得出的结论是，我的堆栈是按 16 个字节的块分配的，程序如下所示：

void foo() {
    char a[1];
}

以及相应的汇编程序转储：

(gdb) disassemble foo
Dump of assembler code for function foo:
0x08048394 <+0>:    push   %ebp
0x08048395 <+1>:    mov    %esp,%ebp
0x08048397 <+3>:    sub    $0x10,%esp
0x0804839a <+6>:    leave  
0x0804839b <+7>:    ret    
End of assembler dump.

您可以看到堆栈上已分配了 16 个字节大小为 1 的字符数组（仅需要 1 个字节）。我可以将数组的大小增加到 16，并且汇编器转储保持不变，但是当它是 17 时，它在堆栈上分配 32 个字节。我运行了很多这样的样本，结果都是一样的；堆栈内存以 16 字节为块进行分配。 堆栈分配、填充和对齐中讨论了类似的主题，但我'我更热衷于找出为什么对齐在我的示例中没有效果。

Answer 1

我认为您忽略了这样一个事实：不需要所有堆栈变量单独与 16 字节边界对齐。

Answer 2

您可以使用名为 pahole http://packages.debian 的工具检查如何为数据结构分配额外内存。 org/lenny/dwarves .它向您显示程序的所有漏洞：数据的大小（如果您将其汇总）以及卡住时分配的实际大小

Answer 3

通常的规则是变量在 32 位边界上分配。我不知道为什么你认为 16 字节有任何特殊含义。

Answer 4

我从未听说过特定堆栈对齐之类的事情。如果CPU有对齐要求，则对各种数据存储器进行对齐，无论是存储在堆栈上还是其他地方。它从偶数地址开始，后面跟随 16、32 或 64 位数据。

16 字节可能是某种片上高速缓存优化，尽管这对我来说似乎有点牵强。

Answer 5

一个很好的例子是在结构上看到这一点。

struct a{
    int a;
    char b;
    int c;
} a;

在 32 位系统上，如果单独计算，这将是 4+1+4 字节。

因为结构体及其成员是对齐的，所以“char b”将是 4 个字节，因此将其变为 12 个字节。

struct b{
    int a;
    char b;
    int c;
} __attribute__((__packed__)) b;

使用 Packed 属性，您可以强制它保持最小大小。因此这个结构是 9 个字节。

您也可以检查http://sig9.com/articles/gcc-packed-structs

希望有帮助。