C/C++内存对齐

本文探讨了内存对齐的必要性,旨在提高CPU访问内存数据的效率。内存对齐基于CPU地址总线宽度,确保数据起始地址为总线宽度的倍数。对齐单位为基本数据类型,确保一次性读取。结构体成员和数组均需对齐,计算对齐方式是变量地址对其大小求模为0。示例程序展示了内存对齐的实际应用。

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在面试或工作中,经常会遇到内存对齐的问题。这里结合我的理解谈一谈对内存对齐的理解。

1. 为什么要内存对齐,不对齐会怎么样?

内存中存放数据是为了给CPU使用,CPU访问内存数据时会受到地址总线宽度的限制,也就是一次能从内存中拿多少数据到CPU(这里我们忽略CPU高速缓存)。而且,CPU从内存中获取数据时起始地址必须是地址总线宽度的倍数。

例如:CPU地址总线是64位(bit,8字节),当一个int(4字节)存储到地址: 0x06 时,CPU如何获取这个int值?

第一步:读取0x00~0x08  8个字节,然后保存后两个字节到 int 的前两个字节。

第二步:读取0x08~0x0F  8个字节,然后保存前两个字节到int的后两个字节。

图1-内存访问

上面的例子可以看到,从内存中读取一个int到CPU中需要从内存中读取两次。这样大大降低了执行的效率,如何提升性能? 答案就是内存对齐!

2. 内存对齐的单位是什么?

通过上面的分析,知道内存对齐的目的是为了让CPU能一次获取到数据,从而提升性能。学过汇编会了解,CPU只能使用基本类型,char, short, int, long, float, double 等,不能使用数组或结构体等复合类型(汇编中并没有一个指令能直接存取一个struct或数组)。所以:内存对齐的单位是基本类型,目标是让CPU能一次获取到基本类型的值。

3. 如何进行内存对齐?

通过上面的介绍,我们可以得出:

a. 内存对齐是指,变量地址的对齐,而不是变量大小的对齐。变量地址的对齐是指变量地址 对 变量大小求模为0。

b. 结构体中每一个成员都要求是内存对齐的。

c. 结构体中

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