内存对齐之深度探索
（废话：最近接触到内存对齐概念，针对内存对齐的规则，我在vc中一一进行了验证，发现编译器确实对我的数据进行了内存对齐。我便知道内存对齐必定是有它的优点所在，是什么呢？我找的资料都是说内存对齐可以提高内存访问效率、可移植到不同的平台等等，但是为什么会这样呢，没有一个清晰的解释。下面便是我多天努力的成果！）
编译器为什么要替我们内存对齐？
学了计算机组成原理，了解了内存的基本单元是一个字节，内存可以随机寻址，于是乎我天真的认为内存就是一个字节型的容器，基本单位是单个字节。
Figure 1. 我眼中的内存空间布局
悲剧的是，内存读写的真正访问者cpu不是这么想的。cpu是根据内存访问粒度（memory access granularity，下文简写成MAG）来读取内存，MAG就是cpu一次内存访问操作的数据量，具体数值依赖于特定的平台，一般是2byte、4byte、8byte。
Figure 2. cpu眼中的内存空间布局
因此，程序员和cpu看待内存空间布局是存在差异的。唉，既不能过多的苛刻程序员，又要让cpu舒服，怎么办呢？只好让编译器来对我们的代码进行隐式的内存对齐（当然它能做的只是帮程序中的数据进行内存对齐，至于直接用指针去访问内存，它是不会管的）。向开发编译器的大大们致敬！
内存对齐的好处
下面用一个小实例来剖析内存对齐的好处：很简单，在32位的机器下，分别访问一个内存对齐的地址空间（从地址0开始）和一个没有对齐的地址空间（从地址1开始），读取四个字节到cpu的寄存器中，比较两者的读取过程。
Case1：内存访问粒度为1个字节（cpu眼中的内存模型等价于程序员眼中的内存模型）：
Figure 3. MAG=1
Result：读取4个字节，两者都需要进行4次内存访问操作。打平，在MAG=1的情况下不需要考虑内存对齐。
Case2：内存访问粒度为2个字节：
Figure 4. MAG=2
Result：读取4个字节，左边的（内存对齐地址）只需要进行2次内存访问操作，右边的需要进行3次内存访问操作+附加操作（见下文）。内存对齐地址取胜！
Case3：内存访问粒度为4个字节：
Figure 5. MAG=4
Result：读取4个字节，左边的只需要进行1次内存访问操作，右边的需要进行2次内存访问操作+附加操作。内存对齐地址再次取胜！
Conclusion：
内存对齐地址vs没有内存对齐的地址，在三种不同的内存访问粒度下，取得了2胜一平的完胜战绩。对于32位的机器，实际的内存访问粒度是4个字节，原因如下：
- 每一次内存访问操作需要一个常量开销；
- 在数据量一定的情况下，减少内存访问操作，能提高程序运行性能；
- 增大内存访问粒度（当然不超过数据总线的带宽），能减少内存访问操作（从上面的实例就能够看出来）；
一句话，内存对齐确实可以提高程序性能。
cpu如何处理没有内存对齐的数据访问？
继续分析上面那个实例，在内存访问粒度为2、从地址1开始读取四个字节的cpu处理过程（硬件方式）：
- 读取数据所在的第一块内存空间（0-1），移除多余字节（0）；
- 读取数据所在的第二块内存空间（2-3）；
- 读取数据所在的第三块内存空间（4-5），移除多余字节（5）；
- 把三块数据拼接起来（1-4），放入寄存器中。
访问一块相同大小的数据，内存对齐的优势是多么的巨大！
如果cpu能这么来处理，也只不过是影响了我们程序的运行性能，至少还是能运行的！悲剧的是，以前的cpu并没有这么“勤快”，遇到没有内存对齐的数据访问，它会直接抛出一个异常：操作系统可能会响应这个异常，用软件的方式来处理，性能只会更差；或者程序直接崩溃掉。一句话，内存对齐的代码确实具有更高的可移植性！
Over！更多内容，参照此文：https://www.ibm.com/developerworks/library/pa-dalign/
内存对齐的具体规则，参照此篇博客：http://blog.csdn.net/liu1064782986/article/details/7600979
