C编程技巧向上或向下对齐的方法及原理

　　在编程中经常使用字节对齐来管理分配的内存，需要字节对齐的根本原因在于CPU访问数据的效率和存储空间的使用率问题。例如，一个处理器一次总是从存储器中取出4个字节的数据。如果所有的int类型（这里默认int类型占4个字节）数据的地址对齐成4的倍数，那么就可以用一个操作来读或写int型的数据了。否则，我们可能需要执行多次操作来实现一个int型数据的访问，因为数据可能被分放在几个4字节的存储块中，这样效率会明显降低很多。
　　总体而言，字节对齐满足如下简单规律（其余的以此类推）：
　　2字节对齐：要求地址为2, 4, 6, 8…，二进制地址的最后一位为0（2的1次方）
　　4字节对齐：要求地址为4，8，12，16…，二进制地址的最后两位为0（2的2次方）
　　上述是字节对齐的简单描述，相信有过C编程经验的同学肯定是一看就明白了。有时候在编程时，要动态分配内存了，为了能充分利用内存空间和数据安全，总是会要求把分配的内存按一定的要求向上或向下对齐，那么这时候该怎么操作呢？
　　首先看两个宏定义（取自RT-Thread源码）
　　向上对齐：#define RT_ALIGN(size, align)           (((size) + (align) - 1) & ~((align) - 1))
　　向下对齐：#define RT_ALIGN_DOWN(size, align)      ((size) & ~((align) - 1))
　　向上或向下对齐，换个通俗的描述就是
　　向上对齐：计算size以align为倍数的上界数（15以8为倍数的上界数：16）
　　向下对齐：计算size以align为倍数的下界数（15以8为倍数的下界数：8）
　　以上描述，相信大家一看就明白了，那么怎么通过编码实现呢？还是以一个实例来看
　　向下对齐
　　例：计算size以align字节向下对齐（int类型，这里定义占4个字节）int size = 15; int align = 8;
　　以二进制理解其原理，其实开篇就给出了答案：
　　8字节对齐：要求地址为8，16，24，32…，二进制地址的最后三位为0，即：align = 8;
　　size对齐后二进制后三位为：000xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxx000
　　size要得到以上数，是不是与运算下面这个数呢11111111 11111111 11111111 11111000
　　上面二进制数就是~((align) - 1)，该数可以称其为对齐字节的掩码
　　那么size的运算如下：
　　size二进制表示：00000000 00000000 00000000 00001111
　　按8字节对齐后为00000000 00000000 00000000 00001000
　　即：size为8
　　那么整个运算过程就是下面这个式子，这样就得到了向下对齐的数((size) & ~((align) - 1))
　　向上对齐
　　同理，要向上对齐，用的对齐字节的掩码还是一样：~((align) - 1)，只需把size向上扩展一个（align-1）即可，即加上(align-1) (((size) + (align) - 1) & ~((align) - 1))
　　这里可以理解下，加align-1是为了向上补齐，找出上界，看是否满align个字节
　　这里有的同学可能要问了，怎么不是加align，而是align-1呢？
　　还是举个例子：align = 8
　　如size=16，8字节对齐的上界数就是16，此时加上align-1是23，运算后还是16，解释如下：
　　16原本就是8的倍数，余数为0，向上扩展align-1个字节后，不满一个align大小，所以对齐后还是16，如果是向上扩展align，就直接加了一个align大小，显然不对
　　如size=18，8字节对齐的上界数为24，此时加上align-1是25，运算后还是24，解释如下：
　　18不是8的倍数，8字节对齐后，还余2个字节，要求是向上对齐，那么就需要把这2个字节凑个8字节，这时候加align-1，就变成9个字节，满足一个align大小，所以运算的结果就是24
　　不是加align，而是align-1，显然明白了吧，就是一个数学问题，与求商和余数是一个道理。