(深入理解计算机系统)内存对齐

内存对齐

1. 为何要内存对齐

   1. 平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
   2. 性能原因：经过内存对齐后，CPU的内存访问速度大大提升。

2. 内存对齐的规则

   许多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通常它为4或8)的倍数，这就是所谓的内存对齐，而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。当一种类型S的对齐模数与另一种类型T的对齐模数的比值是大于1的整数，我们就称类型S的对齐要求比T强(严格)，而称T比S弱(宽松)。这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计，二来可以提升读取数据的速度。

   比如这么一种处理器，它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始，一次读出或写入8个字节的数据，假如软件能保证double类型的数据都从8倍数地址开始，那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则，我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作，因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上。某些处理器在数据不满足对齐要求的情况下可能会出错.

   但是Intel的IA32架构的处理器则不管数据是否对齐都能正确工作。不过Intel奉劝大家，如果想提升性能，那么所有的程序数据都应该尽可能地对齐。

   1. Win32平台下的微软C编译器(cl.exe for 80x86)在默认情况下采用如下的对齐规则:
      任何基本数据类型T的对齐模数就是T的大小，即sizeof(T)。比如对于double类型8字节)，就要求该类型数据的地址总是8的倍数，而char类型数据(1字节)则可以从任何一个地址开始。
   2. Linux下的GCC对齐规则:
      char类型数据(1字节)起始位置任意,任何2字节大小的数据类型(比如short)的对齐模数是2，而其它所有超过2字节的数据类型(比如long,double)都以4为对齐模数。也就是说2字节数据类型（如short）的地址必须是2的倍数，而较大的数据类型（如int,double等）的地址必须是4的倍数，这意味着short类型的队形的地址最低位必须等于0，任何int类型的对象或指针的最低两位必须都是0.