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news 2025/9/17 16:02:14

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对齐与非对齐访问

什么是非对齐访问

在机器指令层面，当尝试从不能被 N 整除 (addr % N != 0) 的起始地址读取 N 字节的数据时即发生了非对齐内存访问。举例而言，从地址 0x10004 读取 4 字节是可以的，然而从地址 0x10005 读取 4 字节数据将会是一个非对齐内存访问。这里 N 就是数据的自然对齐值

编译器非对齐访问支持

使能非对齐访问 -munligned-access
禁止非对齐访问 -mno-unligned-access

对于 ARM 架构，默认情况下 pre-ARMv6，ARMv6-M 及以 ARMv8-M为基线架构的系列不支持非对齐访问，其他所有系列默认都是支持非对齐访问的。

对于 x86 架构，不支持 -mno-unligned-access 和 -munligned-access 编译选项，非对对齐访问暂未研究

对于 RISC-V 架构，暂未研究

GCC 文档对于该编译选项的原文描述

Enables (or disables) reading and writing of 16- and 32- bit values from addresses that are not 16- or 32- bit aligned. By default unaligned access is disabled for all pre-ARMv6, all ARMv6-M and for ARMv8-M Baseline architectures, and enabled for all other architectures. If unaligned access is not enabled then words in packed data structures are accessed a byte at a time. The ARM attribute Tag_CPU_unaligned_access is set in the generated object file to either true or false, depending upon the setting of this option. If unaligned access is enabled then the preprocessor symbol __ARM_FEATURE_UNALIGNED is also defined

会产生非对齐访问的场景

指针强转

C 语言中类型强转的支持导致可能出现非对齐的访问出现。例如：

#include <stdio.h>int main(int argc, char argv[])
{printf("tyustli\r\n");char test_buf1[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x10};printf("%p\r\n", &test_buf1[0]); // 0x7ffe63b95aaeprintf("%p\r\n", &test_buf1[1]); // 0x7ffe63b95aafprintf("%p\r\n", &test_buf1[2]); // 0x7ffe63b95ab0printf("%p\r\n", &test_buf1[3]); // 0x7ffe63b95ab1int value = *(int *)&test_buf1[3]; // 此时按照 int 去访问 0x7ffe63b95ab1 地址，就是非对齐的printf("0x%x\r\n", value);return 0;
}

指针的强制类型转换要小心，短类型的数据到长类型的转换要特别注意。

结构体成员

如果代码中使用了 __attribute__((packed)) 定义的结构体，会出现结构体成员是非对齐的，此时如果没有使能非对齐访问会触发 abort 异常

struct test_struct_pack {short       test_value1;int         test_value2;char        test_value3;
} __attribute__((packed));int main()
{struct test_struct_pack test_pack;int val = test_pack.test_value2;return val;
}