我找不到一个像样的文档来解释对齐系统的工作原理以及为什么某些类型比其他类型更严格对齐。
最佳答案
我会尽量简短地解释一下。
您计算机中的架构由处理器和内存组成。 内存是按单元格组织的，所以:
0x00 | data |
0x01 | ... |
0x02 | ... |
每个存储单元都有指定的大小，可以存储的位数。这取决于架构。
当您在 C/C++ 程序中定义变量时，您的程序会占用一个或多个不同的单元格。
例如
int variable = 12;
假设每个单元格包含 32 位，而 int 类型大小为 32 位，那么在你的内存中某处:
variable: | 0 0 0 c | // c is hexadecimal of 12.
当您的 CPU 必须对该变量进行操作时，它需要将其放入其寄存器中。 CPU 可以从内存中获取“1 个时钟”的少量位，该大小通常称为 WORD。这个维度也依赖于架构。
现在假设您有一个变量，由于某些偏移，该变量存储在两个单元格中。
例如，我有两个不同的数据要存储(我将使用“字符串表示来更清楚”):
data1: "ab"
data2: "cdef"
所以内存将以这种方式组成(2 个不同的单元):
|a b c d| |e f 0 0|
也就是说，data1只占据了一半的cell，所以data2占据了剩余的部分和第二个cell的一部分。
现在假设你的 CPU 想要读取 data2。 CPU 需要 2 个时钟 才能访问数据，因为在一个时钟内它读取第一个单元，而在另一个时钟内它读取第二个单元中的剩余部分。
如果我们 align data2 按照这个内存示例，我们可以
在第二个单元格中引入一种 padding 并将 data2 全部移动。
|a b 0 0| |c d e f|
---
padding
这样，CPU 将只损失“1 个时钟”以访问 data2。
对齐系统只是引入了填充，以便根据体系结构将数据与系统的内存对齐。
我不会深入回答这个问题。 但是，从广义上讲，内存对齐来自于上下文的要求。
在上面的示例中，使用填充(因此数据与内存对齐)可以节省 CPU 周期以检索数据。由于内存访问次数较少，这可能会对程序的执行性能产生影响。
然而，除了上面的例子(只是为了解释)，还有很多其他的场景，内存对齐是有用的，甚至是需要的。
例如，某些架构可能对如何访问内存有严格的要求。在这种情况下，填充有助于分配满足平台约束的内存。
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