什么是内存对齐

Unity中的内存对齐

内存对齐是计算机系统中优化内存访问效率的关键机制。在Unity中，正确理解内存对齐对性能优化、跨平台兼容性和数据结构设计至关重要。以下是核心要点：

一、内存对齐原理

1. 对齐要求
   数据在内存中的起始地址必须是其自身大小的整数倍：

   • char (1字节)：任意地址
   • short (2字节)：地址末位为0（2的倍数）
   • int/float (4字节)：地址末两位为00（4的倍数）
   • Vector3 (12字节)：需对齐到4字节边界

2. 数学表达
   地址对齐条件可表示为：
   $$address\mathrm{mod}alignment=0$$
   其中 $alignment$ 是数据类型大小。

二、Unity中的实践场景

1. 结构体布局

   // 默认布局（含填充）
   struct Unaligned {
       byte b;    // 1字节
       int i;     // 4字节（需对齐，前插3字节填充）
   } // 总大小=8字节
   
   // 优化布局（手动重排）
   struct Aligned {
       int i;     // 4字节（首地址对齐）
       byte b;    // 1字节
   } // 总大小=5字节（无填充）
   

2. NativeArray与Burst编译
   使用Unity.Collections时需显式指定对齐：

   var array = new NativeArray<float>(1024, Allocator.Persistent, NativeArrayOptions.UninitializedMemory);
   // 通过[NativeDisableUnsafePtrRestriction]标记指针操作
   

3. Shader数据结构
   HLSL中需保证CBuffer对齐：

   cbuffer MatrixBuffer : register(b0) {
       row_major float4x4 _World; // 64字节（自动对齐）
       float3 _Scale;             // 12字节 + 4字节填充
   }
   

三、跨平台对齐差异

平台	最大对齐要求	未对齐访问后果
x86/x64	8字节	性能下降（约10-15%）
ARMv7	4字节	硬件异常（崩溃）
iOS Metal	16字节	着色器编译失败

四、优化策略

1. 手动填充
   显式添加占位字段：

   struct Particle {
       Vector3 Position;  // 12字节
       byte _pad[4];       // 填充至16字节边界
       Color32 Color;      // 4字节
   }
   

2. 内存布局属性
   强制紧凑布局（慎用）：

   [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack=1)]
   public unsafe struct NetworkPacket { ... }
   

3. 对齐检测工具

   • System.Runtime.InteropServices.Marshal.SizeOf()
   • UnityEngine.Profiling.Memory.Profiler.GetRuntimeMemorySize()
   • Burst Inspector中的内存布局报告

关键建议：在涉及Native插件交互、ECS架构或高频计算时，优先使用16字节对齐的数据结构，可显著提升SIMD指令效率。