内存对齐

初步认识

内存对齐是什么？从下面的代码可以比较直观地有一个简单的认识：

#include <iostream>using namespace std;struct s1 {int i;char c1;char c2;
};struct s2 {char c1;int i;char c2;
};struct s3 {char c1;char c2;int i;
};int main(int argc, const char* argv[]) {cout << sizeof(s1) << endl;cout << sizeof(s2) << endl;cout << sizeof(s3) << endl;
} 

上面的代码输出如下：

• s1为8字节：
  • i：4字节
  • c1：1字节
  • c2：1字节+2填充字节
• s2为12字节：
  • c1：1字节+3填充字节
  • i：4字节
  • c2：1字节+3填充字节
• s3为8字节：
  • c1：1字节
  • c2：1字节+2填充字节
  • i：4字节

原因探究

简单来看，主要是以下两个原因：

• 性能优化：大多数现代处理器都要求数据按照特定的边界对齐，因为寄存器只能从能整除以4的地址开始读取数据（一次读取4字节(32位)或8字节(64位)），为什么寄存器这样设计，也是为了能够并行处理，加快内存访问。
• 硬件要求：某些处理器对于未对齐的/内存访问是禁止的，可能导致错误

我们主要研究第一个原因性能优化，就拿上面的代码中的结构体s2来说，如果内存没有对齐，假设内存是如下分布的：

如果要读取变量i，就需要进行两次读取操作，然后再获取到变量i的值

如果内存是对齐的，则内存如下分布：

如果要读取变量i，只需要进行一次读取操作：

所以可以看出，内存对齐是真的可以加快内存的访问，提高性能。

口头回答；为什么内存不对齐，就有可能导致额外的读取操作？（读取6字节数据和8字节数据，为什么读取8字节的性能就更高？）

因为寄存器只能从能整除以4的地址开始读取，也就是内存地址被一个一个的边界进行”分割“，且寄存器只能从这一个一个边界开始读取数据，内存不对齐有可能导致数据的存放刚好被边界分成两边，这样就得读取边界的左边和右边，才能把这个数据读取完整。