内存对齐,提高寻址效率
计算机内存是以字节(Byte)为单位划分的,理论上CPU可以访问任意编号的字节,但实际情况并非如此。
CPU通过地址总线来访问内存,一次能处理几个字节的数据,就命令地址总线读取几个字节的数据。例如,32位的CPU一次能处理4个字节的数据,那么每次就从内存读取4个字节的数据。少了浪费主频,多了也没有用。64位的处理器也是这个道理,每次读取8个字节。
以32位CPU位例,实际寻址的步长为4个字节,也就是只对编号为4的倍数内存寻址,例如0、4、8、12、1000等,而不会对编号1、3、11、1001的内存寻址。如下图:
这样做可以以最快的速度寻址,不遗漏一个字节,也不重复对一个字节寻址。
对于程序来说,一个变量最好位于一个寻址步长的范围内,这样就可以一次性读取到变量的值;如果跨步长存储,就需要读取两次,然后再拼接数据,效率显然降低了。
例如一个int类型的数据,如果地址为8,那么只需要对编号为8的内存寻址一次就可以。如果编号为10,就比较麻烦,CPU需要先对编号为8的内存寻址,读取4个字节,得到该数据的前半部分,然后再对编号为12的内存寻址,读取四个字节,得到该数据的后半部分,再将两个部分的数据拼接起来,才能取得数据的值。
将一个数据尽量放在一个步长之内,避免跨步长存储,这称为内存对齐。在32位编译模式下,默认以4字节对齐;在64位编译模式下,默认以8字节对齐。
为了提高存取效率,编译器会自动进行内存对齐,请看代码:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct{
int a;
char b;
int c;
}t={
10, 'C',