内存对齐

为什么要内存对齐

cpu在读取内存时是一块一块进行读取的，块的大小可以是2，4，8，16（总之是2的倍数）。

64位系统默认是8字节，块的大小也可以自己用宏定义：#pragma pack(nSize);

CPU和内存IO的硬件限制导致没办法一次跨在两个数据宽度中间进行IO。

假如对于一个c的程序员，如果把一个bigint（64位）地址写到的0x0001开始，而不是0x0000开始，那么数据并没有存在同一行列地址上。因此cpu必须得让内存工作两次才能取到完整的数据。效率自然就很低

举例来说：如果一个变量int 的起始地址偏移是1，那么CPU要取这个地址上的数据，需要取两次。

如图，cpu按四字节读取，第一次读取0x0 ~ 0x3，

 cpu第二次读取0x4 ~ 0x7，这时cpu才能读到这个int的值。

如果内存对齐了呢，就如下只需一次读取：

内存对齐的规则

１:数据成员对齐规则：结构体或联合体（union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小或者成员

的子成员大小（只要该成员有子成员，比如说是数组，结构体等）的整数倍开始(比如int在３２位机为４字节,则要从４的整数倍地址开始存储。

 

２:结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储.(struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)

 

３:收尾工作:结构体的总大小,也就是sizeof的结果。必须是其内部最大成员的整数倍.不足的要补齐。

内存大小的计算

因为内存对齐的存在，申请的内存往往会比实际使用的内存大，比如

typedef struct {
    int a;             //4字节
    double b;      //8字节
    short c;         //2字节
}A;

typedef struct {
    int a;             //4字节
    short b;         //2字节
    double c;      //8字节
}B;

sizeof(A)=24
sizeof(B)=16

上面两个结构体，理论上来说它们是一样大小的，但是当我们sizeof(A)=24，sizeof(B)=16。

分析一下：对结构体A来说，a占4个字节，占从0 ~ 3的字节，b是double类型占8个字节，占从8 ~ 15的字节，c占两个字节，

从16 ~ 17的字节。 对结构体B来说，a占4个字节，从0 ~ 3，b占两个字节从4 ~ 6；c占8个字节从8 ~ 15。当然上面的分析是针对gcc编译器的，不同的编译器有不

同的对齐规则。

扩展1：如果不强制对地址进行操作，仅仅只是简单用c定义一个结构体，编译和链接器会自动替开发者对齐内存的。尽量帮你保证一个变量不跨列寻址。

扩展2：其实在内存硬件层上，还有操作系统层。操作系统还管理了CPU的一级、二级、三级缓存。实际中不一定每次IO都从内存出，如果你的数据局部性足够好，那么很有可能只需要少量的内存IO，大部分都是更为高效的高速缓存IO。但是高速缓存和内存一样，也是要考虑对齐的。

参考博客：https://www.jianshu.com/p/cc0d1d627b73        https://www.jianshu.com/p/37409be16a37