為什麼要進行記憶體對齊以及對齊規則

標籤：

#include<iostream>using namespace std;struct A{    char a;    int b;    short c;};struct B{    short c;    char a;    int b;};int main(){    cout<<sizeof(A)<<endl;    cout<<sizeof(B)<<endl;    return 0;}

以上結構體變數數量類型相同。但是sizeof卻不同，

    sizeof(A) is 12

    sizeof(B) is  8

那麼問題來了，為什麼兩個一樣的結構體，但是sizeof大小卻不同？

   答案就是記憶體對齊導致結果不同

對於大多數程式員來說，記憶體對齊是透明的，這是編譯器該乾的活，編譯器為程式中的每個資料單元安排在合適的位置上，從而導致了不同的聲明順序的結構體大小不同。

那麼編譯器為什麼要進行記憶體對齊呢？本來sizeof(int +char +short)應該是7，對齊之後反而變大了，為什嗎？

先來看看記憶體對齊的規則？

1.對於結構的各個成員，第一個成員位於位移為0的位置，以後的每個資料成員的位移量必須是  min(#pragma pack()指定的數,這個資料成員的自身長度)的倍數

2.在所有的資料成員完成各自對齊之後，結構或聯合體本身也要進行對齊，對齊將按照 #pragram pack 指定的數值和結構或者聯合體最大資料成員長度中比較小的那個  也就是  min(#pragram pack() , 長度最長的資料成員)；

   #pragram pack(n)  表示的是設定n位元組對齊，vc6預設的是8

 

接下來以第一個結構體為例說明上述規則？

A：char佔一個位元組，起始位移為零，int 佔四個位元組，min(8,4)=4；所以應該位移量為4，所以應該在char後面加上三個位元組，不存放任何東西，short 佔兩個位元組，min(8,2)=2;所以位移量是2的倍數，而short位移量是8，是2的倍數，所以無需添加任何位元組，所以第一個規則對齊之後記憶體狀態為  0xxx|0000|00    

  此時一共佔了10個位元組，但是還有結構體本身的對齊， min(8,4)=4；所以總體應該是4的倍數，所以還需要添加兩個位元組在最後面，所以記憶體儲存狀態變為了 0xxx|0000|00xx   一共佔據了12個位元組

 

接下來我們好好討論一下記憶體對齊的作用？

  1.平台原因（移植原因）：不是所有的硬體平台都能訪問任意地址上的任意資料，某些硬體平台只能在某些地址處取某些特定類型的資料，否則拋出硬體異常

  2.硬體原因：經過記憶體對齊之後，CPU的記憶體訪問速度大大提升。具體原因接下來解釋

圖一：

我們普通程式員心中的記憶體印象，由一個個位元組組成，但是CPU卻不是這麼看待的

圖二：

cpu把記憶體當成是一塊一塊的，塊的大小可以是2,4,8,16 個位元組，因此CPU在讀取記憶體的時候是一塊一塊進行讀取的，塊的大小稱為（memory granularity）記憶體讀取粒度。

我們再來看看為什麼記憶體不對齊會影響讀取速度？

    假設CPU要讀取一個4位元組大小的資料到寄存器中（假設記憶體讀取粒度是4），分兩種情況討論：

           1.資料從0位元組開始

　　      2.資料從1位元組開始

解析：當資料從0位元組開始的時候，直接將0-3四個位元組完全讀取到寄存器，結算完成了。

        當資料從1位元組開始的時候，問題很複雜，首先先將前4個位元組讀到寄存器，並再次讀取4-7位元組的資料進寄存器，接著把0位元組，4,6,7位元組的資料剔除，最後合并1,2,3,4位元組的資料進寄存器，對一個記憶體未對齊的寄存器進行了這麼多額外操作，大大降低了CPU的效能。

     但是這還屬於樂觀情況，上文提到記憶體對齊的作用之一是平台的移植原因，因為只有部分CPU肯幹，其他部分CPU遇到未對齊邊界就直接罷工了。

參考圖片：

為什麼要進行記憶體對齊以及對齊規則