原 荐 PostgreSQL中的数据位对齐——MAXALIGN

最近在看PG的xlog的源代码时，发现了一个这样的宏定义

#define SizeOfXLogLongPHD   MAXALIGN(sizeof(XLogLongPageHeaderData))

其实理解起来很简单，就是取得 XLogLongPageHeaderData结构体的size，但是对于 MAXALIGN 这个宏还是通过源代码了解了一下，下面对齐进行简单的分析。

这个宏定义，在c.h头文件中

/* Define as the maximum alignment requirement of any C data type. */
#define MAXALIGN(LEN)           TYPEALIGN(MAXIMUM_ALIGNOF  , (LEN))

MAXIMUM_ALIGNOF这个在pg_config.h中定义，熟悉PG源码的都清楚，pg_config.h实在configure执行时自动生成，这个头文件里面的定义基本都和 编译环境和configure时设置的参数相关，这个 MAXIMUM_ALIGNOF也不例外，这个是获得当前编译器中占最大.位的基本类型，比如long long类型。我的机器是ubuntu16.04 的64位版，编译器是gcc5.4，取得的long long类型的大小为8BYTE，所以在这个宏定义当中，MAXIMUM_ALIGNOF=8

下面分析一下TYPEALIGN这个宏定义

/* NOTE: TYPEALIGN[_DOWN] will not work if ALIGNVAL is not a power of 2.
  * That case seems extremely unlikely to be needed in practice, however.
  */
#define TYPEALIGN(ALIGNVAL,LEN) (((uintptr_t) (LEN) + ((ALIGNVAL) - 1)) & ~((uintptr_t) ((ALIGNVAL) - 1)))

一步一步的进行理解：（ALIGNVAL在我的机器上为8，那么我们就按照8来进行解析）

提前计算：8的二进制1000；8-1（即(ALIGNVAL) - 1)）=7的二进制为0111；最开始的sizeof(XLogLongPageHeaderData)的结构体大小是20.（可自行查看PG的源代码）

（1）了解"与非"运算符（&~），这可以看成两步运算，~的优先级大于&，所以先进行~运算，在进行&运算。

（2）由于(ALIGNVAL) - 1的值为7，所以后面的部分 ~((uintptr_t) ((ALIGNVAL) - 1)) 的值为1000。

（3）前面的部分(((uintptr_t) (LEN) + ((ALIGNVAL) - 1))就是20+7 =27 ，转化为二进制为 0001 10 11。

（4）与第(3)步的计算值进行&运算，得到0001 1000，转换为十进制为24。所以最初的宏SizeOfXLogLongPHD的大小为24。

总结：

通过上面几步，我明白了一下的几点：

（1）为什么需要对 ALIGNVAL 进行减1操作？

答：通过 C语言 的定义我们知道，其实 ALIGNVAL 必定是2的n次幂，因为它代表基本数据类型的size，比如sizeof(char)=2^0；sizeof(int)=2^2。这样转换为二进制必定是1后面接n个0。比如说8=2^3，转换为二进制就是1000，1后面接3个0；16=2^4，转换为二进制就是10000，1后面接4个0。

（2）TYPEALIGN宏定义的意义？

答：通过上面的运算我们能得到，将 ALIGNVAL-1 进行'非'操作，就是将最后的n位转为0，然后与前面的结构体的size进行与操作，最终的目的就是将 sizeof(struct)的大小成为8的倍数。那我们的那个举例：sizeof(XLogLongPageHeaderData)的大小为20，在此基础上加上7就等于27，二进制为11011，然后与1000进行与操作，变为11000，十进制就是24=3*8

其实看到这里我们也就明白了 MAXALIGN 的作用其实就是为了使sizeof( struct )向上对齐，成为8的倍数的大小。