内存管理之含对齐功能的分配器

       本文是对游戏引擎架构（Jason Gregory）这本书中第五章游戏支持系统中含对齐功能的分配器的总结。

       每个变量和数据对象都有对齐要求。8位整数可对齐至任何地址，但是32位整数或浮点变量必须4字节对齐，即其地址的最低有效半字节必须为0x0、0x4、0x8、0xC。128位SIMD矢量值通常需要16字节对齐，即其地址的最低有效半字节必须为0x0。

       所有内存分配器都必须传回对齐的内存块。只要在分配内存时，分配比请求所需多一点的内存，再向上调整其内存地址至适当的对齐，最后传回调整后的地址。由于我们分配了多一点的内存，即使把地址往上调，传回的内存块仍然足够大。

       在大多数实现中，额外分配的字节等于对齐字节。例如，假如请求16字节对齐的内存块，就可以额外分配多16字节。最坏的情况要把地址往上移动15个字节。多出的一个字节，促使我们在任何情况下都可使用相同的计算，就算原来分配的内存已经对齐。这样做简化并加速了代码，其代价是每次分配浪费1字节。另一方面，我们需要多出的这些字节以存储释放内存时所需的额外信息。

计算调整偏移量的方法如下：

       首先用掩码（mask）把原本内存块地址的最低有效位取出，再把期望的对齐减去此值，结果就是调整偏移量。对齐总该是2的幂（通常是4或16字节），因此要计算掩码，只要把对齐减1就行了。

例：假如请求16字节对齐的内存块，掩码就是（16-1）=15=0x0000000F。把未对其的地址与掩码进行位并AND运算，就可得到错位（misalignment）的字节数目。

       如果原来分配到的内存块地址为0x50341233,位并掩码0x0000000F后，得出0x00000003，即还差三字节就能对齐。要把这个地址对齐，只要加上（对其字节-错位字节）=（16-3）=13=0xD字节，因此最终对齐地址为0x50341233+0xD=0x50341240

//对齐分配函数。注意：“alignment”必须为2的幂（一般是4或16）void *allocateAligned(U32 size_bytes, U32 alignment){   //计算总共要分配的内存量U32 expandedSize_bytes=size_bytes+alignment;   //分配未对其的内存块，并转换为U32类型U32 rawAddress=(U32)allocateUnaligned(expandedSize_bytes);   //使用掩码去除地址低位部分，计算“错位量”，从而计算调整量U32 mask=(alignment-1);U32 misalignmnet=(rawAddress & mask);U32 adjustment=alignment-misalignment;//计算调整后的地址，并把它以指针类型返回U32 alignmentAddress=rawAddress+adjustment;return (void*)alignedAddress;}

那么当稍后我们要释放此内存块时，代码会传给分配器调整后的地址，而非原本我们分配的地址。那么，怎样才可以释放原本分配的内存呢？即我们要找到一种方法，把调整后的地址转换为原本的、可能未对齐的地址。

要完成这个转换，我们可以存储一些元信息（meta-information）至额外分配的内存，这些内存原来只是做对齐之用。最少的调整量为1个字节，这1字节足够存储偏移量（因为偏移量永不会超过256）。我们可以把偏移量存储至调整后地址之前的1字节，这么做，我们就可以简单地从调整后地址取回偏移量，并计算原本的地址，一下是修改后的allocateAligned()函数。

//对齐分配函数。注意：“alignment”必须为2的幂（一般是4或16）void *allocateAligned(U32 size_bytes, U32 alignment){//若alignment==1,使用方必须调用allocateUnaligned()及freeUnaligned()ASSERT(alignment>1);   //计算总共要分配的内存量U32 expandedSize_bytes=size_bytes+alignment;   //分配未对其的内存块，并转换为U32类型U32 rawAddress=(U32)allocateUnaligned(expandedSize_bytes);   //使用掩码去除地址低位部分，计算“错位量”，从而计算调整量U32 mask=(alignment-1);U32 misalignmnet=(rawAddress & mask);U32 adjustment=alignment-misalignment;//计算调整后的地址，并把它以指针类型返回U32 alignmentAddress=rawAddress+adjustment;//把alignment存储在调整后地址的前4字节U32* pAdjustment=(U32*)(alignedAddress - 4);*pAdjustment=adjustment;return (void*)alignedAddress;}//而对应的freeAligned（）函数可实现如下：void freeAligned(void *p){        U32 alignedAddress=(U32)p;U8* pAdjustment=(U8*)(alignedAddress - 4);U32 adjustment=(U32)*pAdjustment;U32 rawAddress=alignedAddress-adjustment;freeUnaligned((void*)rawAddress);}