CSAPP 3.9 Heterogeneous Data Structures

📝 상세 정리

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• C는 서로 다른 유형의 객체를 결합해서 데이터 유형을 생성하기 위한 두가지 어쩌구..
  • struct, union
• 3.9.1 Structures
  • 다른 유형의 객체를 단일 객체로 그룹화하는 데이터 유형
  • structure 내의 다른 컴포넌트는 이름으로 참조됨
  • 모든 구성요소가 메모리의 연속 영역에 저장되고, structure에 대한 포인터가 첫번째 바이트의 주소
    • Array랑 비슷하다!
  • 컴파일러는 각 필드의 바이트 오프셋을 들고있고.. 그걸로 잘 왔다갔다 참조
• 3.9.2 Unions
  • 단일 객체를 여러 유형에 따라 참조할 수 있도록 함
    • 이게 무슨소리지?
  • struct에서 char, int[2], double이 있다면
    • char: 01, int: 412, double: 16~24바이트로 총 24바이트 메모리 사용
      • 사이공간은 패딩
  • Union이었다면 가장 큰것에 맞춰서 그저 8바이트 사용
    • 그때그때 char / int / double로 읽는 것
      • 근데 그럼 이걸 왜쓰냐?
  • 한번에 char / int / double 중 여러 값을 동시에 가지지 않을떄!
    • 책에 나온 예제는 리프노드에만 값이 있는 이진 트리 구조체
      • 왼쪽노드 포인터, 오른쪽노드 포인터, double 2개를 가진다고 해보자
        • struct는 32바이트, Union이라면 잘 묶어서 16바이트로 처리 가능
  • 다음 예시를 보자.

    • double uu2double(unsigned word0, unsigned word1)
        {
        	union {
        	  double d;
        	  unsigned u[2];
        	} temp;
        	temp.u[0] = word0;
        	temp.u[1] = word1;
        	return temp.d;
        }

      • 이때 word0 = 0x12345678, word1 = 0x9abcdef0 이라고 하면
      • temp에는
        • Little Endian일때 78 56 34 12 f0 de bc 9a
        • Big Endian일땐 12 34 56 78 9a bc de f0
        • 가 저장된다.
      • 이를 d로 읽을 때
        • Little Endian에서는 0x9abcdef012345678
        • Big Endian에서는 0x123456789abcdef0
        • 으로 해석하게 된다. (d를 읽을때도 endian 신경썽하니까!!)
• 3.9.3 Data Alignment
  • 일부 객체들에 대한 주소는 2, 4, 8등의 배수여야함을 요구하는 애들이 있다
    • 이래야 하드웨어 설계가 단순화된다
    • 8의 배수로 정렬되어있으면 메모리 한번만 참조하면 되지만, 아니라면 앞뒤로 분할되어 있는곳에 두번 참조해야할 수도 있음
  • x86-64는 데이터의 정렬에 관계없이 올바르게 작동하지만, 인텔은 메모리 시스템 성능 향상을 위해 정렬할것을 권고하고 있음
  • 정렬 권장사항은 다음과 같다
    • K = 1 : char
    • K = 2 : short
    • K = 4 : int, float
    • K = 8 : long, double, char *
  • 아하, 이게 bool 정적 배열보다 bitset이 빠른 이유구나!! 알아서 SIMD를 지원하면서 채워주는거구나!!
    • 그리고 이걸 패딩이라고 하겠구나!

  • .align 8

    • 어셈블리에서 다음과 같은 코드가 있으면, 그 뒤따르는 데이터가 8의 배수읜 주소로 시작될 것을 보장한다.

  •   struct S1 {
          int i;
          char c;
          int j;
      }

    • 가 있다고 가정하면, 4 / 1 / 4 바이트를 쓰는게 아니라 4 / 1 + 3(패딩) / 4 바이트를 쓴다.
      • 결과적으로 j는 오프셋 8을 가지며 전체 구조 크기는 12바이트이다.
    • 또한, 컴파일러는 S1 유형의 포인터 p가 4바이트 정렬을 만족하는지 확인해야한다.

❔질문 사항

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• 일부 객체들에 대한 주소는 2, 4, 8등의 배수여야함을 요구하는 애들이 있고, 이래야 하드웨어 설계가 단순화된다
  • 하드웨어 설계가 단순화된다는건 뭘까?
• 또한, 컴파일러는 S1 유형의 포인터 p가 4바이트 정렬을 만족하는지 확인해야한다.
  • 안에 있는 원소들 중 K의 최댓값을 기준으로 하나?

🔗 참고 자료

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• CSAPP