有經(jīng)驗(yàn)的C語言程序常說的“內(nèi)存對齊”，原因究竟是什么？

在C語言程序開發(fā)中，有時(shí)有經(jīng)驗(yàn)的程序員會(huì)提起“內(nèi)存對齊”一詞，事實(shí)上，這也是C語言中結(jié)構(gòu)體的 size 不等于它所有成員 size 之和的原因（C語言中的結(jié)構(gòu)體的size，并不等于它所有成員size之和，為什么？），那么，C語言程序?yàn)槭裁匆皟?nèi)存對齊”呢？

為什么要“內(nèi)存對齊”？

因此，對于C語言程序中的一些數(shù)據(jù)而言，進(jìn)行“內(nèi)存對齊”至少有以下幾點(diǎn)好處：

CPU 總是以字大小訪問數(shù)據(jù)

假設(shè)在C語言程序開發(fā)中，我們在內(nèi)存里定義了下面這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct mystruct { char c; // one byte int i; // four bytes short s; // two bytes}

在 32 位處理器上，上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)被按照下圖這樣排列（即所謂的“內(nèi)存對齊”）：

此時(shí)，處理器訪問結(jié)構(gòu)體 mystruct 的任意一個(gè)成員都只需一次訪問。如果沒有內(nèi)存對齊，mystruct 的各個(gè)成員在內(nèi)存中緊密排列，如下圖：

此時(shí)，如果處理器需要從 0x05 處讀取 16 位數(shù)據(jù)，處理器將不得不從 0x04 處讀取一個(gè)字（這里等于 4 字節(jié)），然后左移一個(gè)字節(jié)，將結(jié)果放入 16 位寄存器中。

如果處理器需要從 0x01 處讀取 32 位數(shù)據(jù)，效率就降低至少 2 倍了：處理器不得不從 0x00 處讀取一個(gè)字，并且左移一個(gè)字節(jié)，然后從 0x04 處再讀取一個(gè)字，并且右移 3 個(gè)字節(jié)，最終使用 OR 位運(yùn)算將兩次讀取結(jié)果拼接，才能達(dá)成目的。

空間

，如果體系架構(gòu)可以確定 2 個(gè) LSB 總是 0（例如 32 位機(jī)器），那么它可以訪問 4 倍多的內(nèi)存（2 個(gè)位能夠表示 4 個(gè)不同狀態(tài)）。從一個(gè)地址中去掉 2 個(gè) LSB，將得到 4 字節(jié)的內(nèi)存對齊，或者說“跨距”，因?yàn)榈刂访吭黾右唬陀行У脑黾?bit 2，而不是 bit 0。（鑒于低 2 位總是 00）

這甚至?xí)绊懴到y(tǒng)的物理設(shè)計(jì)：如果地址總線的需要少 2 位，CPU 上的管腳就可以少 2 個(gè)。

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