C++常见面试问题之内存对齐

一、内存对齐是什么

1.内存对齐是什么

还是用一个例子带出这个问题，看下面的小程序，理论上，32位系统下，int占4byte，char占一个byte，那么将它们放到一个结构体中应该占4+1=5byte；但是实际上，通过运行程序得到的结果是8 byte，这就是内存对齐所导致的。

//32位系统
#include
struct{
    int x;
    char y;
}s;

int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(s);  // 输出8
    return 0;
}

 现代计算机中内存空间都是按照 byte 划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但是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。

2.内存对齐规则

那么接下来我们来说一下结构体中内存对齐的规则:
1.对于结构体中的各个成员，第一个成员位于偏移为 0 的位置，以后的每个数据成员的偏移量必须是min(#pragma pack()制定的数，数据成员本身长度)的倍数。 n= 1,2,4,8,16

        每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”（也叫对齐模数）。gcc中默认#pragma pack(4)，可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n = 1,2,4,8,16来改变这一系数。

2.在所有的数据成员完成各自对齐之后，结构体或联合体本身也要进行对齐，整体长度是 min(#pragma pack())制定的数，长度最长的数据成员的长度)的倍数

二、为什么内存对齐

内存对齐的作用：

        1.经过内存对齐之后，CPU 的内存访问速度大大提升。因为 CPU 把内存当成是一块一块的，块的大小可以是2，4，8，16 个字节，因此 CPU 在读取内存的时候是一块一块进行读取的，块的大小称为内存读取粒度。比如说CPU 要读取一个 4 个字节的数据到寄存器中(假设内存读取粒度是 4)，如果数据是从0字节开始的，那么直接将0-3 四个字节完全读取到寄存器中进行处理即可。
        2.如果数据是从1字节开始的，就首先要将前 4 个字节读取到寄存器，并再次读取 4-7 个字节数据进入寄存器，接着把0字节，5，6，7字节的数据剔除，最后合并 1，2，3，4 字节的数据进入寄存器，所以说，当内存没有对齐时，寄存器进行了很多额外的操作，大大降低了 CPU 的性能。        3.另外，还有一个就是，有的 CPU 遇到未进行内存对齐的处理直接拒绝处理，不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据，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。所以内存齐还有利于平台移植。