C++内存对齐
一、内存对齐的定义
内存对齐是一种计算机内存管理策略。在这种策略下，数据存储的内存地址必须是数据类型大小（或者是某个特定对齐模数）的整数倍。
例如，在一个 32 位系统中，如果一个int类型（通常占用 4 字节）存储在内存中，它的起始地址应该是 4 的倍数。如果起始地址是 0x0000，下一个int类型数据的起始地址可能是 0x0004、0x0008 等，而不是随意的地址，如 0x0003。
二、为什么需要内存对齐
- 硬件性能提升
- 提高数据读取速度：现代计算机的内存子系统是按照一定的字节块（如缓存行，通常是 32 字节或 64 字节）来读取数据的。当数据按照内存对齐规则存储时，处理器可以更高效地将数据从内存加载到高速缓存（Cache）中。
- 例如，假设处理器一次读取 4 字节的数据（一个字，word），如果数据是内存对齐的，那么一次内存读取操作就可以完整地获取到数据。但是如果数据没有对齐，比如一个 4 字节的int类型数据跨越了两个 4 字节的内存块边界，处理器可能需要进行两次内存读取操作，然后再将数据组合起来，这就大大降低了读取数据的速度。
- 简化处理器设计
- 内存对齐使得处理器在访问内存时的硬件电路设计更加简单。因为处理器可以基于固定的对齐规则来生成内存地址和控制信号，不需要处理复杂的非对齐内存访问情况。
- 例如，在硬件设计中，内存地址生成电路可以根据数据类型的对齐要求，简单地通过将基地址加上固定的偏移量（该偏移量是对齐模数的整数倍）来得到下一个数据的有效地址。如果允许非对齐访问，那么电路就需要考虑更多复杂的情况，如拆分内存访问请求、处理部分数据等，这会增加硬件的复杂性和成本。
- 跨平台兼容性和数据共享一致性
- 在不同的硬件平台和编译器环境下，内存对齐规则有助于保证数据结构在内存中的布局一致性。当程序在不同的系统之间进行数据交换或者共享内存时，按照统一的内存对齐规则存储的数据结构更容易被正确地解析和处理。
- 例如，在网络通信中，当一个程序将一个按照内存对齐规则构建的数据结构发送到另一个程序时，接收程序可以根据已知的数据类型大小和对齐规则准确地提取和解析数据，减少因数据存储格式不一致而导致的错误。