总结

  • 内存对齐的两要素：数据起始地址要等于内存边界的倍数、数据所占字节数要是对齐边界的倍数
  • 32位系统中最大对齐边界是4个字节，64位系统是8个字节、
  • 这里的最大对齐边界，和机器每次能操作的字节数相等，也就是机器字长
  • go语言中，取类型大小和最大对齐边界的最小值，作为类型的对齐边界
  • 为什么要内存对齐，为了提高性能，降低内存的浪费

内存

cpu在内存中读取数据的步骤

  1. 将内存地址通过地址总线传输给内存
  2. 内存根据地址准备好数据
  3. 内存将数据通过数据总线传输给cpu

image.png
如果地址总线只有八根，那这个地址只有八位，可以表示256个地址，所以256byte就是八根地址总线最大的寻址空间，要想使用更大的内存，就需要更大的地址总线，32位地址总线（0，2^32-1）,可以选址4G内存
需要操作4字节，就最少需要32位数据总线，8字节就需要64位，这里每次操作的字节数就是所谓的机器字长
**

内存介绍

如果内存就像我们逻辑上认为的那样，一个挨一个行成一个大矩阵，我们可以访问任意地址，并把它输出到总线
image.png
但是为了更高的访问效率，最典型的内存布局如下

一个内存条的一面是一个rank，包含了多个chip,一个chip包含了8个bank，到了bank就可以通过选择行选择列来定位一个地址了

image.png
这样的结构不是我们逻辑上认为的那样，但是8个bank公用同一个地址，获取数据时，各自选择同一个位置的一个字节，组合起来作为我们逻辑上认为的连续的八个字节，通过这样的并行操作提高了内存的访问效率
image.png
但是使用这样的设计，那么address这里的地址就只能是8的倍数，如果非要错开一个字节，那么最后最后一个地址的位置和前面七个不同，不能再一次操作中被同一个地址选中，所以这样的地址是不能用的（硬件不支持），如下图
image.png
有一些cpu支持访问任意地址，是因为它多做了很多处理，如下：
如果我们取8字节的数据，从地址0开始去，那么cpu将会分两次获取，第一次获取前八个字节，只留后7个字节，第二次取后八个字节，只留第一个字节，组成我们需要的数据
image.png

内存对齐

概念

上面那样操作必然会影响到性能，所以为了保证程序高效的运行，编译器会把各种类型的数据安排的合适的地址，并占用合适的长度，这就是内存对齐

对齐边界

每种类型的对齐值就是他的对齐边界，内存对象要求数据的地址和占用字节数都要死它对齐边界的倍数，所以下面的int32要从4开始，却不能紧接着从2开始
image.png

如何确定对齐边界

对齐边界和平台也有关系，go语言支持下面的平台，在32位平台上，指针宽度和寄存器宽度都是4字节，64位机器上都是8字节，而被go语言成为寄存器宽度的这个值，就是机器字长，也是平台对应的最大对齐边界
image.png
数据类型的对齐边界，取类型大小和平台最大内存边界的较小的那个，需要注意相同的类型不同平台的类型大小不同，所以对齐边界可能也不同

内存对齐边界这样设计依然是为了降低内存浪费，提升性能
image.png

确定结构体的对齐边界

首先要确定每个成员的对齐边界，然后其中最大的作为结构体的对齐边界

例：
试试存储下面这个结构体

  1. type T struct {
  2.     a    int8
  3.     b    int64
  4.     c    int32
  5.     d    int16
  6. }

首先内存对齐的第一个要点，起始地址是要是对齐边界的倍数
结构体存储时，每个成员都要将结构体的起始地址当做地址0，再根据相对地址确定自己该放在什么位置
数据全部存好后并没有结束，要判断结构体占用的字节数是否是对齐边界的倍数，如果不是需要往后扩张一下，下图中结构体占用了22个字节，并不是8的倍数，所以需要往后扩张一下，所以扩张到相对地址23，最终这个结构体类型的大小就是24个字节
image.png

为什么要规定，类型的大小要等于对齐边界的整数倍？
为了保证内存中每一个数据都内存对齐。
如果不做扩张的话，那么上面那个结构体的类型大小就是22，假设这是一个长度为2的T类型的数组，那么这个数组会占用44字节的内存，第一个元素是0-21第二个元素是22-44，那么这个时候第二个元素并没有内存对齐，如下图：image.png
如何优化这个结构体，降低内存占用呢？

  1. type T struct {
  2.     a    int8
  3.     d    int16
  4.     c    int32
  5.     b    int64
  6. }

结构体字段的顺序换成这样，只会占用16个字节