什么是内存对齐？为什么需要内存对齐？
内存对齐是一种在计算机程序中优化存取数据的技术，它确保数据元素的起始地址与某个特定值（如 2、4、8 等）的倍数对齐。这种做法主要基于硬件和性能考虑。下面是内存对齐的关键点和原因：
关键点
- 对齐边界:
- 数据元素（如变量）在内存中的起始地址需要是某个数（通常是 2 的幂，如 2、4、8 等）的倍数。
- 例如，如果一个整型变量（通常占用 4 个字节）要求 4 字节对齐，那么它的起始地址应该是 4 的倍数。
- 结构体对齐:
- 在结构体中，每个成员都会根据其类型进行对齐，可能会引入填充字节（padding）以保证对齐。
- 结构体本身也会根据其最大成员的对齐要求进行对齐。
为什么需要内存对齐
- 提高访问效率:
- 多数硬件平台访问对齐的内存地址比非对齐的地址更高效。对齐的数据可以让处理器一次性、高效地读取或写入数据。
- 硬件要求:
- 一些硬件平台要求数据严格对齐，否则会导致硬件异常，如访问违规（access violation）。
- 减少总线负载:
- 对齐可以减少CPU和内存之间的总线负载。非对齐的数据可能需要多次内存访问才能完全读取，增加了总线传输次数。
示例
考虑以下结构体：
struct Example {
char a; // 占用 1 字节
int b; // 占用 4 字节
short c; // 占用 2 字节
};
即使char只占用 1 字节，但因为int要求 4 字节对齐，所以在char a和int b之间可能会插入 3 个填充字节。这样做是为了确保int b的起始地址是 4 的倍数，从而满足内存对齐要求。
总结来说，内存对齐是出于性能优化和硬件要求的考虑，虽然可能导致内存使用不够紧凑，但它可以显著提高数据访问的效率。