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：

123456789101112131415161718192021222324252627#include 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。

取消内存对齐

这里主要讨论在C/C++中，如果对结构体取消默认的内存对齐

使用#pragma pack指令：

12345678910111213141516#include #pragma pack(1)struct A { char a; // 1字节 int b; // 4字节 short c; // 2字节};#pragma pack() // 恢复默认对齐int main() { std::cout << sizeof(A) << std::endl; return 0;}

使用alignas关键字：

C++11引入，然而，alignas只能用于增加对齐要求，不能用于减少对齐要求，因此无法通过alignas取消内存对齐

123456789101112#include struct alignas(8) A { char a; int b; short c;};int main() { std::cout << sizeof(A) << std::endl; return 0;}