RTEMS操作系统概念：字节对齐

现代计算机中内存空间都是按照字节~(Byte)~划分的。从理论上讲似乎对内存的访问可以从任何地址开始，但现实是存储在某些特别地址上的数据需要多次访问，
经过特殊处理后才能访问到。为了提高访问速度，需要数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是字节对齐~(Byte alignment)。

各个硬件平台对存储空间的处理是不同的。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始访问。比如~ARM~要求访问内存的地址必须是~4~字节对齐的，ARM~的
数据总线是~32Bit。假设访问一个~4~字对齐的~32Bit~整型变量，只需要一次读操作，即可完成读取；如果访问一个非对齐的~32Bit~整型变量，ARM~须将含有这个变量
的高字节按对齐方式读取出来，然后再将低字节按对齐方式读取出来，再把两次结果拼在一起得到这个整型变量。显然在访问效率上，非对齐的变量访问差很多。不是所有
系统都需要字节对齐，如~80C51~类似的~8~位单片机，本身就是按一个字节对齐的，就不存在这样的问题。x86~的硬件可以处理地址未对齐的问题，
字节对齐对于一般的~x86~程序，不是那么重要。

编译器为了增加结构体等数据的访问速度，它会使用一定的方法对齐数据成员。如下列~C/C++~代码：

typedef struct { int a; char b; short c; } TA; typedef struct { char b; int a; short c; } TB; #pragma pack(1)/*按 1 个字节对齐*/ typedef struct { char b; int a; short c; } TC; #pragma pack() /*恢复默认对齐*/

如果不考虑对齐因素，结构体~TA、TB~和~TC~的尺寸是一致的，占用~7~个字节。事实上，编译器编译后，
这三个结构体的尺寸是不一致的，TA~占用~8~个字节；TB~占用~12~个字节；TC~占用~7~个字节。先了解以下四个概念：


1.数据类型自身的对齐值：基本数据类型的自身对齐值，char~型数据，
其自身对齐值为~1~字节，short~型为~2~字节，对于~int、long、float、double~类型，
为~4~字节，long long~类型为~8~字节；
2.指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值~value；
3.结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。
4.数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中较小的值。


有效对齐值是最终用来决定数据存放地址方式的值。数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来存储的，
第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址，内部成员变量存放地址都要按照有效对齐值对齐，
结构体成员变量占用字节数也需要是结构体有效对齐值的整数倍。

假设~TA~从地址~0x0~开始存放，a~地址是~0x0，占用~4~个字节；b~地址从~0x4~开始，占用~1~个字节；c~地址需要
按~2~对齐，故从~0x6~开始，占用~2~个字节；总体共占用~8~个字节，正好是结构体自身对齐值~4~的倍数。故~TA~
最终占用~8~个字节。假设~TB~也从~0x0~开始存放，b~地址是~0x0，占用~1~个字节；a~地址需要按~4~字节对齐，
故从~0x4~开始，占用~4~字节；c~地址需要按~2~字节对齐，当前地址~0x8~正好是对齐的，占用两个字节；总体共占用
~10~个字节，但是~10~不是本结构体自身对齐值~4~的整倍倍数，故对齐后最终占用~12~个字节。同理不难得出，TC~占用
~7~个字节。

从讨论来看，对齐问题属于一个空间和时间平衡的问题，在设计嵌入式系统时，字节对齐是一个必须考虑的问题。
为了避免空间的浪费，又要提高代码的运行速度时，要手工调整一些设计细节。尤其是协议类的代码，为了避免出现字节空洞，
协议的报文往往是按照~1~个字节对齐，极易出现非对齐地址，设计上应尽可能避免。