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一篇文章帶你了解C語言內(nèi)存對齊解決的問題

更新時間：2021年08月15日 10:17:41 作者：Wallace Zhang

內(nèi)存對齊的目的是為了提高CPU讀寫內(nèi)存里數(shù)據(jù)的速度?，F(xiàn)代的CPU讀取內(nèi)存并不是一個一個字節(jié)挨著讀取，這樣做的效率非常低?，F(xiàn)代的CPU一般以4個字節(jié)(32bit數(shù)據(jù)總線）或者8個字節(jié)（64bit數(shù)據(jù)總線）為一組，一組一組地讀寫內(nèi)存里的數(shù)據(jù)

一、內(nèi)存對齊為4個字節(jié)的好處

首先，了解一下CPU從內(nèi)存里讀取數(shù)據(jù)的流程：

第一步，CPU通過地址總線，找到該數(shù)據(jù)的位置。

第二步，通過控制總線，發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的指令。

第三步，通過數(shù)據(jù)總線，從內(nèi)存里獲取該數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

在這里插入圖片描述

內(nèi)存對齊使用4個字節(jié)的原因有：

1.STM32單片機的數(shù)據(jù)總線與地址總線都是32bit（4個字節(jié)）。

2.方便DMA的搬運，DMA搬運的最大內(nèi)存是32bit（4個字節(jié)）。

二、內(nèi)存對齊的目的是以空間換取速度

2.1、內(nèi)存對齊為4的例子

/* 先來一個簡單的結(jié)構(gòu)體 */
struct
{
	char a;
    int  b;

}Test2;

在這里插入圖片描述

CPU讀取內(nèi)存里數(shù)據(jù)的過程：

1.想找變量a：第一次讀取就能找到。

2.想找變量b：第二次讀取就能找到。

這一點很重要，變量a與變量b各自只需要1次尋址就能完成讀取。接下來看一看內(nèi)存如果沒有使用內(nèi)存對齊的例子（當(dāng)我不知道內(nèi)存對齊時，我也是誤以為內(nèi)存里的數(shù)據(jù)是這樣分布的?。?/p>

2.2、內(nèi)存沒有使用內(nèi)存對齊的例子

如果內(nèi)存沒有使用內(nèi)存對齊的話，構(gòu)想的內(nèi)存分布如下：

在這里插入圖片描述

CPU讀取數(shù)據(jù)的過程：

1.想找變量a：第一次讀取就能找到。

2.想找變量b：先讀取第一組內(nèi)存的后三個字節(jié)，接著再讀取第二組內(nèi)存的第一個字節(jié)，最后將所有字節(jié)合并為4個字節(jié)。

如果內(nèi)存沒有使用內(nèi)存對齊的話，CPU為了獲取變量b花掉了兩次地址尋址，接著還要將字節(jié)合并。所以，內(nèi)存對齊可以有效地提高CPU讀寫內(nèi)存的速度，但是浪費一點空間。

三、掌握內(nèi)存對齊的必要性

了解內(nèi)存對齊的作用后，就能弄懂為什么編譯器要對某些內(nèi)存做了填充。比如本章節(jié)的例子，如果結(jié)構(gòu)體里只有一個char與int變量，無論是char變量在前，還是int變量在前，都肯定會浪費3個字節(jié)被用于填充，湊夠4個字節(jié)變成一組數(shù)據(jù)被CPU一次性讀取。