通过一个小实例来认识总线错误，避免采坑！

发表于 2022-8-30 23:07

什么是总线错误？

平时开发过程中，我们常遇到的、引起进程崩溃的错误，大多都是段错误吧。段错误（segmentation fault）就是指访问的内存超出了系统所给这个程序的内存空间，比如操作空指针、数组越界等。

与段错误比较相似，总线错误（Bus Error）就是因为对非对齐地址的访问导致CPU读取数据违反了一定的总线规则。

CPU处于性能方面的考虑，要求对数据进行访问时都必须是地址对齐的。如果发现进行的不是地址对齐的访问，就会发送SIGBUS信号给进程，使进程产生 core dump。

总线错误与CPU架构有关，有些架构的CPU支持不对齐访问。下面我们通过实例来进行分析：

登录 · 发表于 2022-8-30 23:11

总线错误的实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#pragma pack(1)
struct struct_x
{
char a;
float b;
char c;
};
#pragma pack()
int main(void)
{
struct struct_x test = {0};
printf("sizeof(struct struct_x) = %ld\n", sizeof(test));
test.a = 1;
test.b = 2.0;
test.c = 3;
char *a = &test.a;
float *b = &test.b;
char *c = &test.c;
printf("*a = %d, addr = %p\n", *a, a);
printf("*b = %f, addr = %p\n", *b, b);
printf("*c = %d, addr = %p\n", *c, c);
return 0;
}

复制代码

#pragma pack 可以改变编译器的对齐方式：

#pragma pack(n) /* 指定按n字节对齐 */
#pragma pack() /* 取消自定义字节对齐 */

复制代码

在pc端，可以正常运行：

因为x86/x64系列CPU都支持不对齐访问，也提供了开关禁用这个机制。x86/x64架构不要求对齐访问的时候，必定会有性能代价。

但是，在arm板上测试：

出现了总线错误，因为结构体变量test的成员b的地址是不对齐的地址。CPU访问地址要求是四字节对齐，访问了*(addr+0x001)就会引发异常。

这时候，在struct_x的成员a、b之前增加个占用3个字节的成员d，看看还会不会报错：

struct struct_x
{
char a;
char d[3];
float b;
char c;
};

复制代码

可见，成员b可以正常访问，因为这时候b的地址处于四字节对齐地址。

上面的总线错误，毫无疑问，就是对齐问题导致的。

但是，这里有个疑问。假如，我们把成员b的类型改为int类型，这时候会不会产生总线错误？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#pragma pack(1)
struct struct_x
{
char a;
int b;
char c;
};
#pragma pack()
int main(void)
{
struct struct_x test = {0};
printf("sizeof(struct struct_x) = %ld\n", sizeof(test));
test.a = 1;
test.b = 2;
test.c = 3;
char *a = &test.a;
int *b = &test.b;
char *c = &test.c;
printf("sizeof(float) = %d, sizeof(int) = %d\n", sizeof(float), sizeof(int) );
printf("*a = %d, addr = %p\n", *a, a);
printf("*b = %d, addr = %p\n", *b, b);
printf("*c = %d, addr = %p\n", *c, c);
return 0;
}

复制代码

这里的int类型的b成员可以正常访问。这里的成员b的地址与我们上面发生总线错误的b的成员（float类型）的地址完全一样，float类型与int类型也都是占用4字节，但是int类型b成员却可以支持非对齐访问。

这里，暂时就认为CPU就是这么设计的吧。能解释这个问题的朋友欢迎留言讨论，谢谢！

发表于 2022-8-30 23:11

总结
上面的int类型的b成员虽然可以正常访问，但是我们在实际编程中，应当多注意一点，尽量要修改对齐方式。

如果确实需要，也尽量保证修改的对齐方式的代码范围尽量小，比如只针对某个结构体，并且清楚地知道有这么一回事，以至于后面加代码的时候需要非常地小心。

[ARM入门] 通过一个小实例来认识总线错误，避免采坑！

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