如何使用可移植标准C++方法计算前序对齐指针

结论 #

可以实现，无需将指针强转为整数类型，借助C++标准库的std::align即可完成符合可移植要求的实现。

实现原理 #

std::align是C++11引入的标准库函数，定义于<memory>头文件，专门用于判断给定内存区间是否存在满足指定对齐要求的地址，所有行为都有标准保障，不存在未定义行为。
结合题目给定的前置条件：

1. 输入指针ptr一定属于起始地址对齐到align、长度为align的char数组
2. 对齐要求align一定是2的幂（alignas语法的强制要求）
   我们只需要从ptr开始逐字节向低地址遍历，直到找到第一个满足align对齐要求的地址，这个地址就是数组的起始地址。

代码实现 #

#include <memory>
#include <cassert>
#include <cstdlib>

char* previous_aligned_pointer(char* ptr, size_t align) {
    while (true) {
        void* cur_ptr = ptr;
        size_t available = 1;
        // 检查当前地址是否满足align对齐，且能放下1字节数据
        if (std::align(align, 1, cur_ptr, available) != nullptr) {
            return ptr;
        }
        // 题目保证一定会在遍历到数组首地址时终止，不会越界
        --ptr;
    }
}

int main() {
  constexpr int N = 32;
  alignas(N) char buffer[N];
  // 全量边界测试
  for (int i = 0; i < N; ++i) {
    assert(previous_aligned_pointer(&buffer[i], N) == &buffer[0]);
  }
  // 原题随机测试
  assert(previous_aligned_pointer(&buffer[rand() % N], N) == &buffer[0]);
}

补充说明 #

• 该实现完全符合C++标准要求，所有指针运算都在题目保证的合法内存范围内，不存在未定义行为。
• 没有使用任何指针到整数的强制转换，完全满足题目约束，可在所有支持C++11及以上标准的平台上运行。
• 最坏情况下循环次数等于align的值，对于常规对齐大小（如16、32、64字节），性能完全可以接受。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者VainMan。