Question

我理解结构成员之间发生的填充，以确保各个类型的正确对齐。但是，为什么数据结构必须是最大成员对齐的倍数？我不明白最后需要填充。

参考： http://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment

Answer 1

好问题。考虑这种假设类型：

struct A {
    int n;
    bool flag;
};

因此，A类型的对象应该占用五个字节（四个用于int加一个用于bool），但实际上它需要八个字节。为什么呢？

如果你使用这样的类型，就会看到答案：

const size_t N = 100;
A a[N];

如果每个A只有五个字节，那么a[0]会对齐a[1]，a[2]，而大多数其他元素则不会。

但为什么对齐甚至重要？有几个原因，都与硬件有关。一个原因是最近/经常使用的内存缓存在CPU芯片上的缓存行中以便快速访问。小于高速缓存行的对齐对象总是适合单行（但请参见下面附带的有趣注释），但未对齐的对象可能跨越两行，浪费缓存。

实际上存在更多基本硬件原因，与字节可寻址数据沿32位或64位数据总线传输的方式有关，与高速缓存线完全不同。不对称会导致总线堵塞额外的提取（由于之前的跨越），但它也会迫使寄存器在进入时移位字节。更糟糕的是，未对准往往会混淆优化逻辑（至少，英特尔的优化手册说虽然我对最后一点没有个人了解，但确实如此。因此，从绩效的角度来看，错位是非常糟糕的。

由于这些原因，浪费填充字节通常是值得的。

更新：以下评论都很有用。我推荐他们。

Answer 2

根据硬件的不同，可能需要对齐，或者只是帮助加快执行速度。

有一定数量的处理器（我相信ARM），其中未对齐访问会导致硬件异常。简单明了。

即使典型的x86处理器更宽松，但访问未对齐的基本类型仍然存在一些损失，因为处理器必须做更多的工作才能将这些位带入寄存器，然后才能对其进行操作。编译器通常在需要打包时提供特定的属性/编译指示。

Answer 3

由于虚拟寻址。

“...在页面大小的边界上对齐页面可以让... 硬件通过替换将虚拟地址映射到物理地址地址中的较高位，而不是复杂的算术。“

顺便说一下，我发现维基百科的页面写得非常好。

Answer 4

如果CPU的寄存器大小为32位，则它可以使用单个汇编指令获取32位边界的存储器。获取32位的速度较慢，然后从第8位开始获取字节。

顺便说一句：没有填充。你可以要求打包结构。

为什么struct的大小需要是任何struct成员的最大对齐的倍数

4 个答案: