6.1. 数据类型、数据对齐和字节序列

学习一个架构的ABI时，首先要了解它对高级语言（通常是C语言）中基本数据类型的大小、内存对齐和字节序的规定。掌握这些约定后，编写汇编程序时才能为不同数据类型选择合适指令，也能减少高级语言程序跨架构移植时出现错误的可能。

6.1.1. 数据类型

在LA32架构中，通用整数寄存器宽度为32位，因此从内存加载并参与运算的数据可以是字节（8位）、半字（16位）和字（32位），分别对应C/C++中的bool/char、short、int/long等类型。在LA64架构中，通用整数寄存器宽度为64位，因此数据还可以是双字（64位），对应C/C++中的long等类型。更具体的C/C++数据类型宽度及对齐方式如表5-1所示。

C/C++语言数据类型的数据宽度及其对齐方式

需要特别注意，long类型在LA32架构下为4字节，在LA64架构下为8字节。__int128和long double的大小都是16字节，这意味着加载或计算这两类数据时，在LA64架构下需要2个寄存器，在LA32架构下需要4个寄存器。

6.1.2. 数据对齐

为简化处理器和内存系统之间的硬件设计，许多计算机系统会对访存地址提出限制，要求被访问地址必须是数据类型大小的整数倍，这称为自然对齐。也就是说，读取或写入半字（2字节）时，地址应为2的倍数；访问字（4字节）时，地址应为4的倍数；访问双字（8字节）时，地址应为8的倍数。更完整的数据类型对齐规则见表5-1。下面给出几个对齐和非对齐访问示例：

//	假设寄存器r5的地址值为0x12000000
ld.w 	$r4, $r5, 0x3 		//	0x12000003不能被4整除，为非对齐访问
ld.w 	$r4, $r5, 0x8 		//	0x12000008能被4整除，为对齐访问
ld.d 	$r4, $r5, 0x5 		//	0x12000005不能被8整除，为非对齐访问

LoongArch支持由硬件处理非对齐内存访问。也就是说，即使上面示例中存在非对齐访问，处理器仍能正常执行并得到正确结果，不会抛出非对齐异常。不过，从性能角度看，仍建议程序员尽量保证数据对齐，因为硬件处理非对齐访问通常比处理对齐访问更慢。

使用C语言编写程序时，编译器会自动处理对齐问题，使每个变量在内存中的起始地址满足自然对齐要求。例如，下面按顺序定义几个C语言变量：

char cVar;
int iVar;
short sVar;
long lVar;

编译器处理后，它们在内存中的存放顺序和地址如表5-2所示。

内存中的存放次序和地址

从表5-2可以看到，变量cVar虽然是char类型，只占1字节，但在内存中占用了4字节地址空间，目的是让后续整型变量iVar的地址（0x120008074）满足4字节对齐。cVar实际使用从起始地址0x120008070开始的4字节中的低8位，高24位未使用，这些未使用位称为填充（Padding）位。变量sVar虽然只需2字节，却占用8字节地址空间，也是为了让后续变量lVar的地址（0x120008080）满足8字节对齐。

C语言结构体中的成员布局同样遵循自然对齐原则。

6.1.3. 字节序列

字节序规定了半字、字、双字等多字节数据在内存中按字节排列的方式。常见字节序有大端序（Big Endian）和小端序（Little Endian）。假设C语言中一个int变量x的十六进制值为0x12345678，它在内存中按大端序和小端序存储的方式如图5-1所示。

数据0x12345678的大尾端和小尾端的存储方式

由图5-1可知，对于多字节数据，大端序从内存低地址开始依次存放数据高位到低位；小端序则相反，从内存低地址开始依次存放数据低位到高位。不同架构的字节序规定不同，例如x86和LoongArch采用小端序，ARM、MIPS的字节序则可以配置。

多数情况下，机器字节序对应用程序不可见，也无需特别处理，因为同一架构上的内存读写使用相同字节序。但在跨机器网络传输等场景中，如果通信双方采用不同字节序，而接收端没有对基本类型数据做字节序转换，就可能读到错误结果。这时就需要理解字节序并进行转换。验证当前机器字节序也很简单：向某个内存地址写入一个short或int数据，再从该内存起始地址读取1字节；如果读出的值等于写入数据的低8位，则为小端序，否则为大端序。