從底層來說，計(jì)算機(jī)訪問內(nèi)存的兩種方式：

從為word_size(比如32位或者64位)的倍數(shù)的地址開始，

1. 讀取長度為word_size的內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)，或者

2. 把長度為word_size的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。

這里有兩個(gè)“天性”【注釋1】：

1. 讀/寫總是從word_size的倍數(shù)的地址開始的(wikipedia上Data Structure Alignment詞條獨(dú)獨(dú)少了這條至關(guān)重要的說明，雖然從其上下文可以推斷出來)

2. 讀/寫的長度總是word_size的倍數(shù)

比如在一臺64位的計(jì)算機(jī)上，讀取一塊1k的內(nèi)存，CPU需要進(jìn)行的讀取操作次數(shù)是：

基于這兩個(gè)天性，內(nèi)存對齊這個(gè)概念，包含兩個(gè)方面：

1. 內(nèi)存塊地址的對齊

指的是內(nèi)存塊的地址(即一塊內(nèi)存的首字節(jié)的地址)是word_size的倍數(shù)；用幾個(gè)例子來說明這個(gè)意思：

1)在一臺32位計(jì)算機(jī)上的內(nèi)存里，某個(gè)int型變量i在內(nèi)存中的地址是0x7B163E00；

2)某個(gè)char變量c在內(nèi)存中的地址是0x7B163D00，等等

內(nèi)存地址不對齊，會引起什么樣的問題呢？用一個(gè)例子來說明：

假定在一臺32位機(jī)器上，有一個(gè)整型變量i的地址是34 【注釋2】，那i存儲在內(nèi)存的34、35、36、37地址；

為了把這個(gè)變量從內(nèi)存讀進(jìn)CPU，由于計(jì)算機(jī)從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)的天性(第一點(diǎn)，讀/寫總是從word_size的倍數(shù)的地址開始的)，需要兩次讀取(第一次從32開始讀32 33 34 35，第二次從36開始讀36 37 38 39)，然后把第一次讀取的后兩個(gè)字節(jié)(34 35)抽取出來，把第二次讀取的前面兩個(gè)字節(jié)(36 37)抽取出來拼到一起組成變量i：

� ? ? ? ?一個(gè)int變量為4bytes，即32位，從CPU一次可以讀取的內(nèi)存塊長度來看，本可以一次讀完；但是因?yàn)檫@個(gè)變量的內(nèi)存塊地址沒有對齊，將導(dǎo)致本來一個(gè)read指令就能完成的讀取操作，需要兩次read外加其它復(fù)雜的抽取拼接計(jì)算，從而大大地降低了性能。

2. 內(nèi)存長度的對齊

指的是某個(gè)內(nèi)存塊里，存的各個(gè)數(shù)據(jù)占的長度總是word_size或者是其倍數(shù)；從實(shí)際應(yīng)用來說，這一點(diǎn)不總是�滿足的。比如說有這么一個(gè)結(jié)構(gòu)體：

�struct ExampleStruct {

char b;

int ? ?a;

};

結(jié)構(gòu)體ExampleStruct包含兩個(gè)數(shù)據(jù)成員：b(char型)和a(int型)；其中a占的內(nèi)存恰好是word_size，但b占的卻不足word_size【注釋3】；不失一般性，假定char型變量占兩個(gè)字節(jié)；這個(gè)時(shí)候，為了使內(nèi)存對齊，一般會在這個(gè)char變量后面“加塞”�兩個(gè)字節(jié)無意義的數(shù)據(jù)，使得這個(gè)char“占用”的內(nèi)存和int一樣長，達(dá)到word_size，即4字節(jié)。

如果不進(jìn)行這種“加塞”，會引起什么問題呢？同樣，用一個(gè)例子來說明：

假定現(xiàn)在有一個(gè)ExampleStruct的數(shù)組a[2]，里面有兩個(gè)ExampleStruct的對象a[0], a[1]；由于數(shù)組的內(nèi)存在分配的時(shí)候相鄰的元素總是在相鄰的內(nèi)存地址上的,于是a[0]占的內(nèi)存長度是4 + 2字節(jié)等于6字節(jié)，假定它從32地址開始，則其在內(nèi)存中占用的空間為32 33 34 35 36 37；因?yàn)閍[0]和a[1]連續(xù)存儲，于是a[1]占用的內(nèi)存是38 39 40 41 42 43；從而a[1]的首字節(jié)地址為38，不是word_size(即4)的倍數(shù)，于是引發(fā)1中說到的內(nèi)存塊地址未對齊時(shí)引發(fā)的問題。

注釋：

注釋1：天性：與生俱來的特性；這里所說的計(jì)算機(jī)天性，指的內(nèi)存訪問(即讀或?qū)?的方式，是在計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造的時(shí)候就確定并現(xiàn)實(shí)了的。

注釋2：此處為簡單起見，不失一般性，使用34這種“人類可讀”的地址，而不再使用0x7B163E00等這種“原生”地址

注釋3：一般來說，現(xiàn)代�編譯器在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，一個(gè)int(整型)的長度，等于目標(biāo)機(jī)器的字長；而char(字符型)一般比int(整型)小。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机内存地址对齐,深入理解内存对齐的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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