CPU 訪問內存時，並不是逐個字節訪問，而是以字長（word size）為單位訪問。比如 32 位的 CPU，字長為 4 字節，那麼 CPU 訪問內存的單位也是 4 字節。
這麼設計的目的，是減少 CPU 訪問內存的次數，加大 CPU 訪問內存的吞吐量。比如同樣讀取 8 個字節的數據，一次讀取 4 個字節那麼只需要讀取 2 次。
下面我們來看看，編寫程序時，變量在內存中是否按內存對齊的差異。假設我們有如下結構體：
<code>struct Foo {
uint8_t a;
uint32_t b;
}
/<code>示意圖如下：
我們假設 CPU 以 4 字節為單位讀取內存。
如果變量在內存中的佈局按 4 字節對齊，那麼讀取 a 變量只需要讀取一次內存，即 word1；讀取 b 變量也只需要讀取一次內存，即 word2。
而如果變量不做內存對齊，那麼讀取 a 變量也只需要讀取一次內存，即 word1；但是讀取 b 變量時，由於 b 變量跨越了 2 個 word，所以需要讀取兩次內存，分別讀取 word1 和 word2 的值，然後將 word1 偏移取後 3 個字節，word2 偏移取前 1 個字節，最後將它們做或操作，拼接得到 b 變量的值。
顯然，內存對齊在某些情況下可以減少讀取內存的次數以及一些運算，性能更高。
另外，由於內存對齊保證了讀取 b 變量是單次操作，在多核環境下，原子性更容易保證。
但是內存對齊提升性能的同時，也需要付出相應的代價。由於變量與變量之間增加了填充，並沒有存儲真實有效的數據，所以佔用的內存會更大。這也是一個典型的空間換時間的應用場景。
好，本篇文章就到這裡，後面會再寫一篇文章介紹編寫 c 程序時，如何開關內存對齊，以及控制內存按多少字節對齊。
分享到:
閱讀更多 非常程序員 的文章
