malloc 和 C 对齐：这种手工优化安全吗？

Question

我放置了整个代码，但是当然，它位于不同的文件中（.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是否：block ->pieces = (&block + sizeof(Block)); 将始终安全。我的意思是：我们能否确定，在 sizeof(Piece) 之后，我们将立即得到 (sizeof(Piece) * nb_pieces) ？我们确定永远不会出现对齐问题吗（即，如果是 64 位对齐，sizeof(Block) 的内存将小于 8 个字节，并且 block->pieces 不应该精确指向 sizeof(Block)，而是“sizeof(Block) 64 位对齐”。

我希望我说得足够清楚。

Answer 1

首先，这并没有达到您的预期，并且有多种原因：

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

首先， &block 是变量 block 的地址，而不是 的内容块，并且类型为block **。最多，您可以安全地为该指针值添加 1，因为更多的值将创建一个超出该变量末尾的指针，而该指针是无效的。

因此，您需要将 &block 更改为 block。这仍然不会达到您的预期，因为指针算术会将原始地址增加对象大小的倍数。因此，添加 sizeof(Block) 并不是向上移动 1 个数组元素，而是向上移动 sizeof(Block) 数组元素。

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 数组正确对齐，您需要检查 _Alignof(Block) 和 _Alignof(Piece) 是否相同。如果没有，您将需要添加填充字节：

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 成员成为灵活数组成员来避免这一切：

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

并且分配本身将是足够的。