關(guān)于arm 的字節(jié)對(duì)齊

　　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對(duì)任何類型的變量的訪問(wèn)可以從任何地址開(kāi)始，但實(shí)際情況是在訪問(wèn)特定類型變量的時(shí)候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問(wèn)，這就需要各種類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個(gè)接一個(gè)的排放，這就是對(duì)齊。
　　對(duì)齊的作用和原因：各個(gè)硬件平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)空間的處理上有很大的不同。一些平臺(tái)對(duì)某些特定類型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開(kāi)始存取。比如有些架構(gòu)的CPU在訪問(wèn)一個(gè)沒(méi)有進(jìn)行對(duì)齊的變量的時(shí)候會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,那么在這種架構(gòu)下編程必須保證字節(jié)對(duì)齊.其他平臺(tái)可能沒(méi)有這種情況，但是最常見(jiàn)的是如果不按照適合其平臺(tái)要求對(duì)數(shù)據(jù)存放進(jìn)行對(duì)齊，會(huì)在存取效率上帶來(lái)?yè)p失。比如有些平臺(tái)每次讀都是從偶地址開(kāi)始，如果一個(gè)int型（假設(shè)為32位系統(tǒng)）如果存放在偶地址開(kāi)始的地方，那么一個(gè)讀周期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開(kāi)始的地方，就需要2個(gè)讀周期，并對(duì)兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進(jìn)行拼湊才能得到該32bit數(shù)據(jù)。顯然在讀取效率上下降很多。

二.編譯器是按照什么樣的原則進(jìn)行對(duì)齊的?
　　先讓我們看四個(gè)重要的基本概念：
　　1.數(shù)據(jù)類型自身的對(duì)齊值：對(duì)于char型數(shù)據(jù)，其自身對(duì)齊值為1，對(duì)于short型為2，對(duì)于int,float,double類型，其自身對(duì)齊值為4，單位字節(jié)。
　　2.結(jié)構(gòu)體的自身對(duì)齊值：其成員中自身對(duì)齊值最大的那個(gè)值。
　　3.指定對(duì)齊值：#pragma pack (value)時(shí)的指定對(duì)齊值value。
　　4.數(shù)據(jù)成員和結(jié)構(gòu)體的有效對(duì)齊值：數(shù)據(jù)成員(數(shù)據(jù)類型)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的自身對(duì)齊值和指定對(duì)齊值中小的那個(gè)值。(數(shù)據(jù)成員對(duì)齊了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自然也就對(duì)齊了)
　　有了這些值，我們就可以很方便的來(lái)討論具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員和其自身的對(duì)齊方式。有效對(duì)齊值N是最終用來(lái)決定數(shù)據(jù)存放地址方式的值，最重要。有效對(duì)齊N，就是表示“對(duì)齊在N上”，也就是說(shuō)該數(shù)據(jù)的"存放起始地址%N=0".而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)變量都是按定義的先后順序來(lái)排放的。第一個(gè)數(shù)據(jù)變量的起始地址就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的起始地址。結(jié)構(gòu)體的成員變量要對(duì)齊排放，結(jié)構(gòu)體本身也要根據(jù)自身的有效對(duì)齊值圓整(就是結(jié)構(gòu)體成員變量占用總長(zhǎng)度需要是對(duì)結(jié)構(gòu)體有效對(duì)齊值的整數(shù)倍，結(jié)合下面例子理解)。這樣就不難理解上面的幾個(gè)例子的值了。

例子分析：
分析例子B；
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};

　　假設(shè)B從地址空間0x0000開(kāi)始排放。該例子中沒(méi)有定義指定對(duì)齊值，在筆者環(huán)境下，該值默認(rèn)為4。第一個(gè)成員變量b的自身對(duì)齊值是1，比指定或者默認(rèn)指定對(duì)齊值4小，所以其有效對(duì)齊值為1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二個(gè)成員變量a，其自身對(duì)齊值為4，所以有效對(duì)齊值也為4，所以只能存放在起始地址為0x0004到0x0007這四個(gè)連續(xù)的字節(jié)空間中，復(fù)核0x0004%4=0,且緊靠第一個(gè)變量。第三個(gè)變量c,自身對(duì)齊值為 2，所以有效對(duì)齊值也是2，可以存放在0x0008到0x0009這兩個(gè)字節(jié)空間中，符合0x0008%2=0。所以從0x0000到0x0009存放的都是B內(nèi)容。再看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B的自身對(duì)齊值為其變量中最大對(duì)齊值(這里是b）所以就是4，所以結(jié)構(gòu)體的有效對(duì)齊值也是4。根據(jù)結(jié)構(gòu)體圓整的要求， 0x0009到0x0000=10字節(jié)，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也為結(jié)構(gòu)體B所占用。故B從0x0000到0x000B 共有12個(gè)字節(jié),sizeof(struct B)=12;其實(shí)如果就這一個(gè)就來(lái)說(shuō)它已將滿足字節(jié)對(duì)齊了, 因?yàn)樗钠鹗嫉刂肥?,因此肯定是對(duì)齊的,之所以在后面補(bǔ)充2個(gè)字節(jié),是因?yàn)榫幾g器為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)組的存取效率,試想如果我們定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)B的數(shù)組,那么第一個(gè)結(jié)構(gòu)起始地址是0沒(méi)有問(wèn)題,但是第二個(gè)結(jié)構(gòu)呢?按照數(shù)組的定義,數(shù)組中所有元素都是緊挨著的,如果我們不把結(jié)構(gòu)的大小補(bǔ)充為4的整數(shù)倍,那么下一個(gè)結(jié)構(gòu)的起始地址將是0x0000A,這顯然不能滿足結(jié)構(gòu)的地址對(duì)齊了,因此我們要把結(jié)構(gòu)補(bǔ)充成有效對(duì)齊大小的整數(shù)倍.其實(shí)諸如:對(duì)于char型數(shù)據(jù)，其自身對(duì)齊值為1，對(duì)于short型為2，對(duì)于int,float,double類型，其自身對(duì)齊值為4，這些已有類型的自身對(duì)齊值也是基于數(shù)組考慮的,只是因?yàn)檫@些類型的長(zhǎng)度已知了,所以他們的自身對(duì)齊值也就已知了.
同理,分析上面例子C：

__align(2) struct C
{
char b;
int a;
short c;
};*取消指定對(duì)齊，恢復(fù)缺省對(duì)齊*

　　第一個(gè)變量b的自身對(duì)齊值為1，指定對(duì)齊值為2，所以，其有效對(duì)齊值為1，假設(shè)C從0x0000開(kāi)始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1= 0;第二個(gè)變量，自身對(duì)齊值為4，指定對(duì)齊值為2，所以有效對(duì)齊值為2，所以順序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四個(gè)連續(xù)字節(jié)中，符合0x0002%2=0。第三個(gè)變量c的自身對(duì)齊值為2，所以有效對(duì)齊值為2，順序存放
在0x0006、0x0007中，符合 0x0006%2=0。所以從0x0000到0x00007共八字節(jié)存放的是C的變量。又C的自身對(duì)齊值為4，所以C的有效對(duì)齊值為2。又8%2=0,C 只占用0x0000到0x0007的八個(gè)字節(jié)。所以sizeof(struct C)=8.

三.在ADS編譯器中的實(shí)例.
#pragma pack(push) //保存對(duì)齊狀態(tài)
//設(shè)定為4字節(jié)對(duì)齊
__align(4) struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
　　以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲(chǔ)情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設(shè)定的對(duì)齊方式（4字節(jié)對(duì)齊），m1占用1個(gè)字節(jié)。接著開(kāi)始為m4分配空間，這時(shí)其偏移量為1，需要補(bǔ)足3個(gè)字節(jié)，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(shù)（因?yàn)閟izeof(double)大于n）,m4占用8個(gè)字節(jié)。接著為m3分配空間，這時(shí)其偏移量為12，滿足為4的倍數(shù)，m3占用4個(gè)字節(jié)。這時(shí)已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個(gè)字節(jié)，滿足為n的倍數(shù)。如果把上面的 __align(4) struct test 改為 __align(16) struct test ，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為24。
=========
編譯器不同在存放結(jié)構(gòu)體方式可能不同，因此對(duì)齊也會(huì)有不同

ARM中字節(jié)對(duì)齊的深入探討

ARM中字節(jié)對(duì)齊的深入探討
閱讀了yos的文章《內(nèi)存對(duì)齊問(wèn)題學(xué)習(xí)小結(jié)》，深有體會(huì)，看來(lái)在進(jìn)行指針操作時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，否則可能出現(xiàn)預(yù)想不到的錯(cuò)誤。

在我的一個(gè)項(xiàng)目中，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)包解碼，同樣出現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)齊的問(wèn)題，卻沒(méi)能找到好的解決方法問(wèn)題如下
CPU ARM7 ，編譯環(huán)境 Keil RVCT3.0

#pragma pack(1)
typedef struct {
uint8 u8a[3];
uint8 u8b[4];
uint16 u16c;
uint32 u32d;
uint32 u32e;
} TSTBLK,* PTSTBLK;

主程序
main
{
uint16 i;
PTSTBLKpTST;

uint16 u16k;
uint32 u32m,u32l;
uint8DBUF[200]；

for(i= 0 ;i<200;i++)DBUF[i]=i;

pTST=(PTSTBLK)DBUF;// 1
u16k = (pTST->u16c);// 2
u32m = pTST->u32d;// 3
u32l = pTST->u32e;// 4
//以下語(yǔ)句是避免 u16k,u32m,u32l被優(yōu)化掉
i = u16k;
i = (uint16)u32m;
i = (uint16)u32l;
}

運(yùn)行語(yǔ)句1 后， 結(jié)構(gòu)體中的
u8a[] = 0x00~0x02
u8a[] = 0x03~0x06
u16c = 0x0807
u32d = 0x0C0B0A09
u32e = 0x100F0E0D
顯然以上結(jié)果是我們所需要的，正確！
但繼續(xù)運(yùn)行 2,3,4得到
u16k = 0x0706
u32m = 0x080B0A09
u32l = 0x0C0F0E0D
字節(jié)對(duì)齊發(fā)生了問(wèn)題，亂了！
亂得還不輕 u32m 沒(méi)有等于0x0B0A0908
u32m 沒(méi)有等于0x0B0A0908
u32m 也沒(méi)有等于0x0F0E0D0C
why?

我試圖用u16k = (uint16)(pTST->u16c);
u32m = (uint32)pTST->u32d;
去修改，但無(wú)效！
其實(shí)pTST->u16c本身就是16位的，強(qiáng)制轉(zhuǎn)到16位自然沒(méi)有任何意義。

你說(shuō)的情況對(duì)于ARM CPU確實(shí)存在，但對(duì)于其它體系結(jié)構(gòu)就不會(huì)出現(xiàn)
這是一個(gè)典型的ARM非對(duì)齊訪問(wèn)的問(wèn)題。#pragma pack(1)能保證你的結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)是緊縮對(duì)齊的（在內(nèi)存中是依次排列的）。那么對(duì)于
#pragma pack(1)
typedef struct {
uint8 u8a[3];
uint8 u8b[4];
uint16 u16c;
uint32 u32d;
uint32 u32e;
} TSTBLK,* PTSTBLK;
假設(shè)該結(jié)構(gòu)體存放的基地址為0,則u8a[3]位于0－2字節(jié), u8b[4]位于3－6字節(jié)，u16c位于7－8字節(jié)，依次類推。那么當(dāng)我們?nèi)ピL問(wèn)u16c時(shí)編譯器會(huì)編譯成一條訪問(wèn)地址為7的半字讀的匯編語(yǔ)言，而地址為7對(duì)于半字讀來(lái)說(shuō)是一個(gè)非對(duì)齊訪問(wèn)，CPU就自動(dòng)會(huì)把地址變成把最低位忽略，也是說(shuō)CPU讀的實(shí)際地址為6,于是讀u16c得到的是6 、7兩個(gè)字節(jié)即u16c=0x0706。對(duì)于字的訪問(wèn)CPU會(huì)忽略低兩位地址，分析方法與前相同。你的兩個(gè)32位數(shù)我不能理解，你怎么可能得到那樣的結(jié)果，是不是寫(xiě)錯(cuò)了哦？？我覺(jué)得你應(yīng)該分別得到0x0B0A0908 0x0F0E0D0C才對(duì)。當(dāng)然還涉及一個(gè)字節(jié)序的問(wèn)題。
這一個(gè)問(wèn)題在ARM CPU中會(huì)出現(xiàn)，但對(duì)于POWERPC的CPU或X86的CPU你的代碼就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這都是CPU對(duì)非對(duì)齊訪問(wèn)采用的處理方式不同造成，POWERPC X86 會(huì)把非半字的非對(duì)齊訪問(wèn)變成兩個(gè)字節(jié)訪問(wèn)，因?yàn)椴粫?huì)出現(xiàn)上面問(wèn)題。MIPS我沒(méi)有去研究過(guò)。
對(duì)于ARM CPU把結(jié)構(gòu)體改為：
#pragma pack(1)
typedef struct {
uint8 u8b[4];
uint32 u32d;
uint32 u32e;
uint16 u16c;
uint8 u8a[3];
} TSTBLK,* PTSTBLK;
整個(gè)結(jié)構(gòu)體仍然只占23個(gè)字節(jié)，但應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)前面的問(wèn)題。

__packed 能解決問(wèn)題
謝謝大家，用__packed 可以解決問(wèn)題，但我沒(méi)理解__packed 和#pragma pack(1)的區(qū)別，請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)能再解釋得清楚些？

我先前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)是 u32m = 0x080B0A09u32l = 0x0C0F0E0D
為什么不是0x0B0A0908 和0x0F0E0D0C，原因不詳

我不同意更改結(jié)構(gòu)體，因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是規(guī)定死了，不能隨意改
對(duì)于ARM CPU把結(jié)構(gòu)體改為：
#pragma pack(1)
typedef struct {
uint8 u8b[4];
uint32 u32d;
uint32 u32e;
uint16 u16c;
uint8 u8a[3];
} TSTBLK,* PTSTBLK;

uboot中，ARM體系下，設(shè)置變量4字節(jié)對(duì)齊

調(diào)試程序遇到由于buffer地址不是4字節(jié)對(duì)齊，所有底層去:

u32 *p =(u32 *)buf;

使得數(shù)據(jù)拷貝有誤。所以，去參考了uboot中其他人的做法：

boards1845flash.c中的：

#define __align__ __attribute__ ((aligned (8)))
static __align__ ulong precmd0[2]= { 0x00aa00aa, 0x00aa00aa };

所以，此處就可以這么做，使一個(gè)字符數(shù)組變量4字節(jié)對(duì)齊的：

static__attribute__ ((aligned (4)))unsigned char data_buf[MAX_PAGE_SIZE];

ARM 的 RealView中的解釋：

4.4.2.__attribute__((aligned))

4.5.3 __attribute__((aligned))
aligned 變量屬性指定變量或結(jié)構(gòu)字段的最低對(duì)齊要求（按字節(jié)計(jì)算）。
注意
此變量屬性是 ARM 編譯器支持的 GNU 編譯器擴(kuò)展。
示例
int Variable_Attributes_aligned_0 __attribute__ ((aligned (16)));

short Variable_Attributes_aligned_1[3] __attribute__ ((aligned));

2.1.157 --unaligned_access, --no_unaligned_access
此選項(xiàng)啟用或禁用基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器上的未對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)。
缺省設(shè)置
對(duì)于支持未對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)的基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，缺省為
--unaligned_access。這包括：
• 基于 ARMv6 體系結(jié)構(gòu)的所有處理器
• 基于 ARMv7-A 和 ARMv7-R 體系結(jié)構(gòu)的處理器。
對(duì)于不支持未對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)的基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，缺省為
--no_unaligned_access。這包括：
• 基于 ARMv6 以前版本的體系結(jié)構(gòu)的所有處理器
• 基于 ARMv7-M 體系結(jié)構(gòu)的處理器。
用法
--unaligned_access
在支持未對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)的處理器（如 --cpu=ARM1136J-S）上使用
--unaligned_access 可加快對(duì)壓縮結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)速度。
若要啟用未對(duì)齊支持，必須執(zhí)行下列操作：
• 在初始化代碼中清除 CP15 寄存器 1 的 A 位（即位 1）。
• 在初始化代碼中設(shè)置 CP15 寄存器 1 的 U 位（即位 22）。
U 位的初始值由內(nèi)核的 UBITINIT 輸入確定。
RVCT 庫(kù)包含旨在利用未對(duì)齊訪問(wèn)的某些庫(kù)函數(shù)的特殊版本。在啟
用未對(duì)齊訪問(wèn)支持的情況下，RVCT 工具將使用這些庫(kù)函數(shù)從未對(duì)
齊訪問(wèn)中獲益。
--no_unaligned_access
使用 --no_unaligned_access 可在 ARMv6 處理器上禁止生成未對(duì)齊
字和半字訪問(wèn)。
若要在不使用未對(duì)齊訪問(wèn)的情況下在 ARMv6 目標(biāo)上啟用對(duì)四字節(jié)
求模的對(duì)齊檢查，必須執(zhí)行下列操作：
• 在初始化代碼中設(shè)置 CP15 寄存器 1 的 A 位（即位 1）。
• 在初始化代碼中設(shè)置 CP15 寄存器 1 的 U 位（即位 22）。
U 位的初始值由內(nèi)核的 UBITINIT 輸入確定。

注意
ARM 處理器內(nèi)核不支持未對(duì)齊雙字訪問(wèn)，例如對(duì) long long 整數(shù)的
未對(duì)齊訪問(wèn)。雙字訪問(wèn)必須是八字節(jié)或四字節(jié)對(duì)齊的。
編譯器不支持對(duì)八字節(jié)求模的對(duì)齊檢查。也就是說(shuō)，編譯器（或
更具體地說(shuō)是 RVCT 工具集）不支持 CP15 寄存器 1 中的配置 U =
0、A = 1。
RVCT 庫(kù)包含旨在利用未對(duì)齊訪問(wèn)的某些庫(kù)函數(shù)的特殊版本。若要
在禁用未對(duì)齊訪問(wèn)支持的情況下禁止使用這些高級(jí)庫(kù)函數(shù)，則在
編譯 C 和 C++ 源文件以及匯編語(yǔ)言源文件組合的情況下，需要同
時(shí)在編譯器命令行和匯編器命令行中指定 --no_unaligned_access。

限制
僅當(dāng)軟件中的對(duì)齊支持選項(xiàng)與處理器內(nèi)核中的對(duì)齊支持選項(xiàng)相匹配時(shí)，針對(duì)支
持未對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)的處理器而編譯的代碼才能正確運(yùn)行。

2。GNU C 擴(kuò)展之__attribute__ 機(jī)制簡(jiǎn)介

aligned (alignment)
該屬性規(guī)定變量或結(jié)構(gòu)體成員的最小的對(duì)齊格式，以字節(jié)為單位。例如：

int x __attribute__ ((aligned (16))) = 0; 編譯器將以16字節(jié)（注意是字節(jié)byte不是位bit）對(duì)齊的方式分配一個(gè)變量。也可以對(duì)結(jié)構(gòu)體成員變量設(shè)置該屬性，例如，創(chuàng)建一個(gè)雙字對(duì)齊的int對(duì)，可以這么寫(xiě)：

struct foo { int x[2] __attribute__ ((aligned (8))); }; 如上所述，你可以手動(dòng)指定對(duì)齊的格式，同樣，你也可以使用默認(rèn)的對(duì)齊方式。如果aligned后面不緊跟一個(gè)指定的數(shù)字值，那么編譯器將依據(jù)你的目標(biāo)機(jī)器情況使用最大最有益的對(duì)齊方式。例如：

short array[3] __attribute__ ((aligned)); 選擇針對(duì)目標(biāo)機(jī)器最大的對(duì)齊方式，可以提高拷貝操作的效率。
aligned屬性使被設(shè)置的對(duì)象占用更多的空間，相反的，使用packed可以減小對(duì)象占用的空間。
需要注意的是，attribute屬性的效力與你的連接器也有關(guān)，如果你的連接器最大只支持16字節(jié)對(duì)齊，那么你此時(shí)定義32字節(jié)對(duì)齊也是無(wú)濟(jì)于事的。
packed
使用該屬性可以使得變量或者結(jié)構(gòu)體成員使用最小的對(duì)齊方式，即對(duì)變量是一字節(jié)對(duì)齊，對(duì)域（field）是位對(duì)齊。
下面的例子中，x成員變量使用了該屬性，則其值將緊放置在a的后面：

struct test{char a;int x[2] __attribute__ ((packed));};

3.關(guān)于ARM-GCC的ALIGN問(wèn)題

最后在CSDN上查到arm-linux-gcc的方法（以下是引用）：

1.在makefile里加-fpack-struct 選項(xiàng),這樣的話對(duì)所有的結(jié)構(gòu)按一字節(jié)對(duì)齊.

不得不說(shuō),確實(shí)有那么些質(zhì)量較差的程序可能需要你部分自然對(duì)齊,部分一字 節(jié)對(duì)齊,此時(shí)

2. typedef struct pack{

}__attribute__((packed))

可利用__attribute__屬性

由此可見(jiàn)對(duì)齊的參數(shù)是與平臺(tái)相關(guān)的，gcc的通用性也解決不了辦法。