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(深入理解计算机系统)内存对齐

2016-07-24 15:21 246 查看


内存对齐

为何要内存对齐

平台原因(移植原因):不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。

性能原因:经过内存对齐后,CPU的内存访问速度大大提升。

内存对齐的规则


许多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制,它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通常它为4或8)的倍数,这就是所谓的内存对齐,而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。当一种类型S的对齐模数与另一种类型T的对齐模数的比值是大于1的整数,我们就称类型S的对齐要求比T强(严格),而称T比S弱(宽松)。这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计,二来可以提升读取数据的速度。

比如这么一种处理器,它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始,一次读出或写入8个字节的数据,假如软件能保证double类型的数据都从8倍数地址开始,那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则,我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作,因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上。某些处理器在数据不满足对齐要求的情况下可能会出错.

但是Intel的IA32架构的处理器则不管数据是否对齐都能正确工作。不过Intel奉劝大家,如果想提升性能,那么所有的程序数据都应该尽可能地对齐。



Win32平台下的微软C编译器(cl.exe for 80x86)在默认情况下采用如下的对齐规则:

任何基本数据类型T的对齐模数就是T的大小,即sizeof(T)。比如对于double类型8字节),就要求该类型数据的地址总是8的倍数,而char类型数据(1字节)则可以从任何一个地址开始。

Linux下的GCC对齐规则:

char类型数据(1字节)起始位置任意,任何2字节大小的数据类型(比如short)的对齐模数是2,而其它所有超过2字节的数据类型(比如long,double)都以4为对齐模数。也就是说2字节数据类型(如short)的地址必须是2的倍数,而较大的数据类型(如int,double等)的地址必须是4的倍数,这意味着short类型的队形的地址最低位必须等于0,任何int类型的对象或指针的最低两位必须都是0.
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