内存对齐是什么？

对结构体和类来说，让变量不是紧挨着存放，而是通过变量字节倍数的形式存放

为什么会有内存对齐？

• 增加cpu的访问数据的速度
  • 对于cpu来说，数据从内存中读到缓存中去，是通过偏移量(offset)进行读取，也就是常说的通过块来读取，而不是按照字节读取。
  • 读取非内存对齐的数据，会出现一次必须读取offset和offset+1两块数据这种情况，这需要为芯片增加额外的加法器( 为了得到offset+1 )。为了上述这种可能，而增加额外的设备，并且每一次的增加访问时间，显然是不明智的
  • 还有一点就是读了两次，读到缓存的位置上也需要两次，同样降低效率
• 方便于不同机器、不同平台进行数据的准确读取

内存对齐规则

• 规则1：需要按照min（pack，sizeof（变量本身））的倍数进行选择开始位置

• 规则2：整体按照min（pack，sizeof（字节数最大的变量))的倍数进行计算

• 规则3：数组则按照本身是哪种类型变量进行计算，同样遵循规则1

• 规则4：结构体中的结构体X，X内部遵循规则1计算大小，并且选择位置也遵循规则1

• 注意：

  • 规则1和2，为主要原则，3和4作为拓展
  • sizeof得到所占字节数，pack为对齐模数
  • 查看对齐模数#pragma pack(show)，编译时会显示

案例

运行环境：Microsoft Visual Studio Community 2022 (64 位) - Current版本 17.3.4
对齐模数：#pragma pack(show) == 16

• 案例1

pack == 16
struct A{
	char a;	//0-3
	int b;	//4-7
	double c;//8-15	
};  //	16/8 可除
规则1：需要按照min（pack，sizeof（变量本身））的倍数进行选择开始位置
规则2：整体按照min（pack，sizeof（字节数最大的变量))的倍数进行计算

pack == 2
struct B{
	char a;	//0-2
	int b;	//2-5
	double c;//6-13
};  //	14/2 可除
规则1：需要按照min（pack，sizeof（变量本身））的倍数进行选择开始位置
规则2：整体按照min（pack，sizeof（字节数最大的变量))的倍数进行计算

• 案例3

pack == 16
struct C{
	char a;	//0-1
    short b[3];//2-7 --->the place
	int c;	//8-15
	double d;//16-23	
};  //	24/8 可除
规则3：数组则按照本身是哪种类型变量进行计算，同样遵循规则

• 案例4

pack == 16
struct D{
	char a;	//0-7
    struct C b;//8-31
	int c;	//32-39
	double d;//40-47
};  //	48/8 可除
规则4：结构体中的结构体X，X内部遵循规则1计算大小，并且选择位置也遵循规则1

pack == 2
struct D{
	char a;	//0-1
    struct B b;//2-15
	int c;	//16-19
	double d;//20-7
};  //	28/2 可除
规则4：结构体中的结构体X，X内部遵循规则1计算大小，并且选择位置也遵循规则1

其他的注意

• 空类和空结构体的sizeof大小为1

• 该环境下指针的大小为8个字节

类与内存对齐

参考

参考资料：浅谈CPU内存访问要求对齐的原因 – 仰望苍天思寰宇 (yangwang.hk)