13、深入理解计算机系统 P189 数据对齐

1、怎么理解"要求某种类 型对象的地 址必须是某个值 K （通常是 2 、 4 或 8 ) 的倍数 。"？

假设我们有一个 32 位的计算机体系结构，那么通常情况下，这个体系结构要求数据在内存中的存储地址是 4 的倍数。这意味着，对于一个 32 位整数（4 个字节），它的起始地址必须是 4、8、12、16 等等。对于一个 64 位的计算机体系结构，数据对齐要求可能是 8 的倍数，因此一个 64 位的整数（8 个字节）的起始地址必须是 8、16、24 等等。

当处理器从内存中读取数据或写入数据时，通常会按照一定的块大小进行操作。假设处理器每次读取或写入的数据大小是 8 个字节（64 位），这个块的大小称为处理器的“字（word）”大小。然而，为了确保高效的内存访问，这些操作要求数据在内存中的存储地址满足一定的对齐要求。

1. 数据对齐的情况： 如果数据的起始地址是块大小的倍数（例如 8 的倍数），那么在读取或写入一个数据时，处理器可以通过一次内存操作就完成，因为数据正好位于一个块内。这样的数据访问更高效。

2. 数据未对齐的情况： 如果数据的起始地址不是块大小的倍数，那么数据可能跨越多个块。在这种情况下，处理器需要执行多次内存操作才能获取完整的数据，因为它必须在两个块之间进行多次访问。这种情况下，数据访问的效率较低，会增加内存访问的开销和延迟。

例如，假设我们有一个 double 类型的数据，它占用 8 个字节。如果处理器的字大小是 8 字节，那么当我们从内存中读取或写入一个 double 数据时，最理想的情况是这个数据的起始地址正好是 8 的倍数。这样，处理器可以通过一次内存操作就将整个 double 数据加载到寄存器中，从而更高效地执行计算。

如果数据的起始地址不是 8 的倍数，而是落在两个 8 字节块之间，那么处理器可能需要执行两次内存操作才能获取完整的 double 数据，增加了访问的开销和时间。