C/C++内存对齐

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. 结构体中的数组，按数组的类型对齐。

4. 如何计算内存对齐

分析内存对齐，只需要记住上一个小节中：变量地址的对齐是指变量地址 对 变量大小求模为0。数组以数组本身的类型来计算，例如：char c[5] 按 char 类型大小计算对齐，double d[22] 按 double 类型大小计算对齐。

示例程序

运行结果

通过这个示例，仔细想想，内存对齐就很简单了。