关于内存对齐

 

x86机器对于word或double word的存储时，会将低byte存在低地址，高byte存于高地址。

byte，word和double word可以开始于任何地址，并可以重叠。

 

对于数据总线是8bit的机器，不存在内存对齐的问题。

 

对于数据总线是16bit的机器，内存单元被分为even address 和odd address，cpu寻址时，都是以even address来作为计数的，每次都读出2 bytes。even address上的0~7bit对应于低字节，odd address上的8~15bit对应于高字节。此时，默认对齐大小为2。当一个word是以odd address开始存储的，那么一个内存周期即可将它读出。但若是odd address存储的，例如占的是101和102字节，则在第一个内存周期内，cpu从内存中读出100和101字节，并将101字节存于数所总线8~15的高8bit上。第二个时钟周期时，再从102开始读取2bytes，同时102字节上的8bit存于数据总线0~7的低8位上。cpu会自动交换数据总线上的高低字节，从而得到正确的word数据。

对于byte，如果是以2字节对齐，则直接读取，从数据总线的0~7bit上得到数据。如果不是以2字节对齐，cpu将按字节地址减1来寻址，并将从数据总线8~15bit上的数据自动交换到0~7bit上。

对于double word，当以2字节对齐时，两个内存周期内可以完成读取。如果不是以2字节对齐，则需要3个内存周期。

 

对于数据总线为32bit的机器，数据总线和内存如图1所示：

原理与数据总线是16bit和8bit的情况类似。

 

具体总参见：http://my.unix-center.net/~Simon_fu/?p=262

 

 

 

 

 

再来看看内存对齐。

需要进行内存对齐的原因有两个：

1.各个硬件平台对存储空的处理上有很大的不同，一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。对内对齐是为了保证可移植性。

2.如果不按适合平台的要求对数据存放进行对齐，会在存取数据上带来效率上的损失。

 

对齐的原则：

1.数据类型自身的对齐值：

char 为1，short为2，int,float,double为4等。

2.结构体或者类的自身对齐值：

其成员中自身对齐值最大的那个值。

3.指定对齐值：

#pragma pack(value)时的指定对齐值(vlaue)；

#pragma pack () 取消自定义对齐方式；

__attribute ( (aligned (n))) 所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上，如果结构中有成员的长度大于ｎ，则按照最大成员长度来对齐；

__attibute__((packed))取消结构在编译过程的优化对齐，按照实际占用字节数对齐。

 

4.数据成员、类或结构体的有效对齐值：

自身对齐值与指定对齐值中小的那个。

 

有效对齐值N最终用来决定数据存放地址方式的值，有效对齐值N，就是表示对齐在N上。也就是说，数据的存放起始地址%N=0。

结构体中的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整。

举个例子：

struct B {

    char b;

    int a;

    short c;

}

假设B从地址空间0x0000开始排列，系统默认对齐值是4。b的对齐值为1，比指定或默认对齐值小，所以其有效对齐值为1，存放地址0x0000%1=0符合要求。 第二个变量a的对齐值为4，默认对齐值也为4，所以其有效对齐值为4，也因为要存放在0x0004到0x0007这四个字节的地址空间上。第三个变量c，有效对齐值为2，所以存放在0x0008和0x0009这两个字节上。再看B，它自身的对齐值为其成员中最大对齐值，是b的4，所以结构体的有效对齐值也是4，为使结构圆整，B要是有效对齐值的整数倍，所以补0x0010和0x0011给结构B占用。（其实这是为结构数组考虑的）

具体请参考：http://www.360doc.com/content/10/0325/08/8442_20159163.shtml