字节对齐

为什么需要字节对齐？

主要是解决硬件限制带来的问题，假设内存布局如下：

我想要一次性读取这四个字节的数据，在现代 X86 处理器上一条 MOV 指令就可以实现从 0x2 开始读四个字节的操作，然而有些处理器不支持这样操作，只支持从 0x0、0x4、0x8 等整倍数位置开始读取，不对齐的话就会导致处理器不得不访问两次内存，第一次读 0x0~0x3四个字节，第二次读 0x4~0x7 四个字节，然后再将两次读取的内容拼接起来。由于访问内存的操作翻了一倍，再加上多余的拼接操作，这会引起性能的严重下降。更有些处理器读取内存时如果地址不对齐则直接报错。

类似的，缓存也是重要因素，如果数据正好被分到两个缓存行里，即便缓存命中了也不能拿到全部数据，不得不再次访问缓存或内存，引起性能下降。

字节是怎么对齐的？

为了提高性能并保证移植性，C/C++ 编译器会帮我们做结构体字节对齐，关于具体的对齐规则，我认为知乎答主 pansz 的回答特别好：

1. struct 内部每个成员按自身大小对齐
2. struct 末尾紧贴着一个相同类型的 struct，也能够使下一个 struct 内成员对齐

举例：

struct my_data {
    char a;
    int s;
    short c;
};

sizeof(struct my_data) 的结果是 12 个字节，此时内存布局如下：

将字段 a 挪到字段 c 后面：

struct my_data {
    int s;
    short c;
    char a;
};

sizeof(struct my_data) 的结果是 8 个字节，此时内存布局如下：