什么是内存对齐?有两种解释：
- 存放数据的首地址是某个数（通常它为4，8或者32）的倍数。
- 数据结构所占字节数是某个数（通常它为4，8或者32）的倍数。
对于2，举个最简单的例子：
struct{
int x;
char y;
}s;理论上，32位系统下，int占4byte，char占一个byte，那么将它们放到一个结构体中应该占4+1=5byte；但是实际上，通过运行程序得到的结果是8 byte，这是编译器自动进行了内存对齐。
而我们想要说的是第 1 种解释：
存放数据的首地址是某个数（通常它为4，8或者32）的倍数。
?大家都知道C++中可以直接调用malloc请求内存被返回分配成功的内存指针，该指针指向的地址就是分配得到的内存的起始地址。比如，在VS中选择x86平台，该平台是针对32位系统进行编译的，
int main()
{
void *p = malloc(1024);
printf("0x%p\n", p);
free(p);
}HEX：0x0110BFC8
DEC：17,874,888
在请求了一个大小为1024的内存块并打印出来，但是这块内存的地址并不是32的倍数。
17,874,888 / 32 =?558,590.25
那么为什么要内存对齐32字节呢？
因为我们如果用到了simd256技术的话，simd一种单指令多数据的数据，而256就是指同时操作256bit的数据，而256bit=32byte。因此simd256技术要求所操作的数据的首地址是内存对齐32字节。
这样的话，原先的malloc就不够用了，因为它不能分配给我们内存对齐于32字节的。
在网上一直有下面这个aligned_malloc的实现，不知道具体出处，本文对这个函数进行详细分析，
先看具体实现：
#include<iostream>
void* aligned_malloc(size_t size, int alignment)
{
// 分配足够的内存, 这里的算法很经典, 早期的STL中使用的就是这个算法
// 首先是维护FreeBlock指针占用的内存大小
const int pointerSize = sizeof(void*);
// alignment - 1 + pointerSize这个是FreeBlock内存对齐需要的内存大小
// 前面的例子sizeof(T) = 20, __alignof(T) = 16,
// g_MaxNumberOfObjectsInPool = 1000
// 那么调用本函数就是alignedMalloc(1000 * 20, 16)
// 那么alignment - 1 + pointSize = 19
const int requestedSize = size + alignment - 1 + pointerSize;
// 分配的实际大小就是20000 + 19 = 20019
void* raw = malloc(requestedSize);
// 这里实Pool真正为对象实例分配的内存地址
uintptr_t start = (uintptr_t)raw + pointerSize;
// 向上舍入操作
// 解释一下, __ALIGN - 1指明的是实际内存对齐的粒度
// 例如__ALIGN = 8时, 我们只需要7就可以实际表示8个数(0~7)
// 那么~(__ALIGN - 1)就是进行舍入的粒度
// 我们将(bytes) + __ALIGN-1)就是先进行进位, 然后截断
// 这就保证了我是向上舍入的
// 例如byte = 100, __ALIGN = 8的情况
// ~(__ALIGN - 1) = (1 000)B
// ((bytes) + __ALIGN-1) = (1 101 011)B
// (((bytes) + __ALIGN-1) & ~(__ALIGN - 1)) = (1 101 000 )B = (104)D
// 104 / 8 = 13, 这就实现了向上舍入
// 对于byte刚好满足内存对齐的情况下, 结果保持byte大小不变
// 记得《Hacker's Delight》上面有相关的计算
// 这个表达式与下面给出的等价
// ((((bytes) + _ALIGN - 1) * _ALIGN) / _ALIGN)
// 但是SGI STL使用的方法效率非常高
void* aligned = (void*)((start + alignment - 1) & ~(alignment - 1));
// 这里维护一个指向malloc()真正分配的内存
*(void**)((uintptr_t)aligned - pointerSize) = raw;
// 返回实例对象真正的地址
return aligned;
}
// 这里是内部维护的内存情况
// 这里满足内存对齐要求
// |
// ----------------------------------------------------------------------
// | 内存对齐填充 | 维护的指针 | 对象1 | 对象2 | 对象3 | ...... | 对象n |
// ----------------------------------------------------------------------
// ^ | 指向malloc()分配的地址起点
// | |
// -----------------------
template<typename T>
void aligned_free(T * aligned_ptr)
{
if (aligned_ptr)
{
free(((T**)aligned_ptr)[-1]);
}
}
bool isAligned(void* data, int alignment)
{
// 又是一个经典算法, 参见<Hacker's Delight>
return ((uintptr_t)data & (alignment - 1)) == 0;
}
void main() {
int totalsize = 10;
int* data = (int*)aligned_malloc(sizeof(int)*totalsize, 32);
if (isAligned(data, 32)) {
std::cout << "isAligned\n";
}
memset(data, 0, sizeof(int)*totalsize);
data[5] = 1;
for (int i = 0; i < totalsize; i++) {
std::cout << data[i] << " ";
}
std::cout << "\n";
aligned_free<int>(data);
std::cout << "aligned_free\n";
while(1){}
}假设我们需要开辟一块内存，字节数为size，如果使用malloc，那么返回的内存指针为raw，这个指针指向的地址不一定是32的倍数，因此我们需要多一点，比如多alignment – 1 + pointerSize
?
?requestedSize就是我们为了能够内存对齐而申请的内存大小，会比实际需要的内存多alignment – 1 + pointerSize。alignment是对齐量，比如32；pointerSize是指针类型占内存的字节数（简单说就是存放一个指针需要多少个字节），这个通常和电脑操作系统和编译器有关。
这段代码解决的问题就是，在这个大小为requestedSize的内存块内，找到对齐32的地址并返回。
解决方法如图：
其中的aligned就是对齐32的地址。
例如：
假设，start = 100, alignment= 32的情况
alignment = (0010 0000)B
alignment - 1 = (0001?1111)B
~(alignment - 1) = (1110?0000)B
size = (0110 0100)B
(size +alignment - 1) = (1000 0011)B
(size +alignment - 1) &?~(alignment - 1) =? (1000 0000)B = (128)D
128 / 32 = 4, 这个地址可以对齐32位。
可以尝试不同的start，结果都是一样的，非常有意思的算法。
据代码的作者说，这是来自《Hacker's Delight》，早期STL也是这么实现的。
同时，非常重要的一点是，后续怎么释放掉这一块内存，
*(void**)((uintptr_t)aligned - pointerSize) = raw;
?在aligned的左边pointerSize的位置，存放raw指针，这样后续我们就可以用
((void**)aligned_ptr)[-1]?获取到raw指针，从而可以调用free对内存继续释放。
template<typename T>
void aligned_free(T * aligned_ptr)
{
if (aligned_ptr)
{
free(((T**)aligned_ptr)[-1]);
}
}最后，代码作者也给出判断地址是否对齐的算法：
bool isAligned(void* data, int alignment)
{
// 又是一个经典算法, 参见<Hacker's Delight>
return ((uintptr_t)data & (alignment - 1)) == 0;
}?
参考博文：
aligned_malloc及aligned_free的实现及详细解释_John_Jane_Doe的博客-CSDN博客_aligned_malloc