用位运算实现内存对齐

在C的世界中，因为要考虑效率问题，所以在申请一段内存的时候，需要根据寄存器的宽度进行对齐。因此，对于32位的程序，按照4字节对齐；对于64位的程序，则按照8字节对齐。

o 下面使用位运算给出实现：

#define align4(x) (((((x)-1)>>2)<<2)+4)
#define align8(x) (((((x)-1)>>3)<<3)+8)

o 用Python代码简单实现并验证一下：

#!/usr/bin/python

""" alignN(x) is often used by malloc(3C), here is a simple implementation """

import sys

def align4(x): return (((((x)-1)>>2)<<2)+4)
def align8(x): return (((((x)-1)>>3)<<3)+8)

def main(argc, argv):
    if argc != 2:
        return 1
    for i in range(0, int(argv[1])+1):
        print "%2d	%2d	%2d" % (i, align4(i), align8(i))
    return 0

if __name__ == '__main__':
    argc, argv = len(sys.argv), sys.argv
    sys.exit(main(argc, argv))

o 测试

$ ./foo.py 16
 0     0     0
 1     4     8
 2     4     8
 3     4     8
 4     4     8
 5     8     8
 6     8     8
 7     8     8
 8     8     8
 9    12    16
10    12    16
11    12    16
12    12    16
13    16    16
14    16    16
15    16    16
16    16    16

最后，以8字节对齐讲解其实现原理。

设x = 8 * a + b, 0 <= b <= 7， x为申请的内存size。

(1) 如果b=0, 则x = 8 * a。因此，x的低3位不需要被清零;

(2) 如果1<=b<=7, 则x应该为8 * (a+1)。因此，直接将x的低3位清零并加8即可，那么x = (x >> 3) << 3 + 8；

为统一(1)和(2), 分两步走：

1. x = x - 1;  /* if x mod 8 == 0, 则新x的低3位为7; if x mod 8 == 1, 则新x的低3位为0 */

2. x = (x >> 3) << 3 + 8; /* 将低3位清零，然后统一加上8，搞定！ */

扩展阅读：

• Data alignment: Straighten up and fly right