Что такое стек и технологии выравнивания памяти?

Стек — это динамическая структура данных, реализующая принцип LIFO (Last In, First Out). В контексте выполнения программы стек используется для хранения:

• Локальных переменных функций.
• Аргументов функций.
• Адреса возврата после вызова функции.
• Состояния регистров перед вызовом функции.

При вызове функции создается стековый кадр (stack frame) для этой функции. При завершении функции стековый кадр удаляется.

c

Выравнивание памяти (Memory Alignment)

Выравнивание памяти — это требование к адресу начала данных определенных типов быть кратным определенному числу, называемому границей выравнивания (alignment boundary).

Причины и следствия:

• Производительность: Большинство современных процессоров эффективнее считывают и записывают данные, если они выровнены. Это связано с тем, как устроена работа с кэш-памятью и шиной данных. Невыровненные данные могут требовать нескольких операций чтения/записи.
• Атомарность: Некоторые атомарные операции требуют выровненных данных.
• Требования архитектуры: На некоторых архитектурах доступ к невыровненным данным приводит к ошибке.

Компиляторы автоматически выравнивают данные, располагая их в памяти с учетом требований. Это может приводить к появлению промежутков выравнивания (padding) между членами структур или между объектами в массиве.

c

Без выравнивания MyStruct занимала бы 1 + 4 + 2 = 7 байт. На 32-разрядной архитектуре с выравниванием для int 4 байта:

Общий размер структуры будет 12 байт.

В C++11 и более поздних версиях можно использовать alignas для указания минимального выравнивания:

c

Функция alignof(тип) возвращает требуемое выравнивание для типа.