内存对齐的目的(内存对齐的目的和原理)

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一、内存对齐原理

对于程序来说，如果变量的数据存储范围在寻址步长范围内，则可以通过一次寻址读取该变量的值。如果数据存储范围超出步长范围，则需要读取该步长。寻址两次然后合并数据，这大大降低了效率。例如，double数据在内存中占用8个字节。如果地址是8，那么就很容易管理。如果是20，则需要两次寻址。这会产生数据对齐规则，其中涉及在单个步骤中存储尽可能多的数据并避免步骤之间的存储。这就是内存对齐。32位编译环境中默认对齐为4字节，64位编译环境中默认对齐为8字节。

现代处理器通常具有多层缓存。处理器访问这些缓存中的数据的效率远高于访问内存中的数据（就像处理器访问内存中的数据一样）。比访问磁盘上的数据更有效）。
如上所述，一般来说，CPU总是以字大小（在32处理器上通常为4字节）来访问数据，因此如果数据在内存中没有对齐，那么当CPU访问该数据时，可能会出现错误。需要执行更多的读取操作。在这样的机器上，读取2个字节的数据往往比读取4个字节的数据慢得多。

改进的访问范围
对于给定的地址空间，如果架构可以确定2LSB始终为0（如32位机器），那么它可以访问4倍以上的内存（2位可以代表4种不同的状态）。从地址中删除2个LSB会导致4字节内存对齐或“跨步”，因为地址每次增加1时，实际上会增加bit2，而不是bit0。（因为低2位始终为00）
这甚至会影响系统的物理设计：如果地址总线需要少2位，则处理器上可能会少2个引脚。

前面说过，CPU每次访问数据的宽度是一个字。如果C语言程序数据在内存中总是对齐的，那么CPU对数据的访问总是原子的，就是这种情况。对于许多无锁数据来说都是一个问题。结构和其他竞争要求的正确运作至关重要。

规则：
1。数据成员对齐规则：对于结构体（或联合）的数据成员，第一个数据成员放置在偏移量0处，后续的每个数据成员放置在偏移量0处。每个数据成员根据指定值中的较小者进行对齐由#pragmapack和数据成员本身的长度。
2.结构（或联合）的整体对齐规则：一旦数据成员完成了各自的对齐，结构（或联合）本身也必须对齐。对齐方式将基于#指定的值。pragmapack和最大（或联合）结构使用最短的数据成员长度。
3.结合1和2，我们可以推断：当#pragmapack的n值等于或大于所有数据成员的长度时，n值的大小将不起作用。

#pragmapack实际上指定了内存对齐系数，如1,2,4,8,16。默认的xcode对齐系数是8。

查找内存的大小（以字节为单位）下面两个结构体

打印结果

分析如下
第一个demoStruct1，起始偏移量为0
a，类型int，4字节，<8，按4对齐，存储位置为[0,3]
b，int类型，4字节，<8，按4对齐，存储位置为[4,7]
c，char类型，1byte，<8，按1对齐，存储位置为[8,8]
d，double类型，8字节，=8，按8对齐，当前位置不够，填写[9,15]首先，然后存储，存储位置为[16,23]
e[7]，字符数组类型，7个字符字节，<8，按1对齐，存储位置为[24,30]
最后填写8的整数倍，即[31,31]
完成：使用位置为[0,31]，占用字节数为32

重新解析demoStruct2，起始偏移量为0
a，int类型，4字节，<8，按4对齐，存储位置为[0,3]
b，int类型，4字节，<8，按4对齐，存储位置为[4,7]
c，类型char，1个字Section，<8，按1对齐，存储位置为[8,8]
e[7]，字符数组类型，7个字节的字符，<8，按1对齐，存储位置为[9,15]
d，double类型，8个字节，=8，按8对齐，存储位置为[16,23]
完整：使用位置为[0.23]，占用字节数为24

适当调整变量类型或位置有助于提高内存使用率

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二、结构体内存对齐

1什么是内存对齐？
为什么需要内存对齐？
3>计算机内存是以字节为单位划分的，理论上来说，访问任何类型的变量都可以从任意开始地址，但是当前的计算机系统对基本数据类型可以存储的位置有限制。要求该数据的首地址是某个数字k（通常是4或8的倍数，这就是所谓的内存对齐）。内存对齐是一种在计算机内存中排列数据（显示为变量的地址）和访问数据（显示为CPU读取的数据）的方法。
内存对齐包括两个独立但相关的部分：基本数据对齐和结构数据对齐。

1平台原因（移植原因）：并不是所有的硬件平台都可以访问任意地址的任意数据，否则会出现硬件异常。
2性能原因：数据结构（尤其是堆栈）应尽可能在自然边界上对齐。原因是，要访问非对齐内存，处理器必须对对齐内存进行两次访问，而对对齐内存只需要一次访问。

当我们定义了一个结构体后，它是如何存储在内存中的呢？需要多少字节的内存空间？

从打印结果中我们可以看出iOS存在问题

1.数据成员对齐规则：对于结构体（或联合）的数据成员，第一个数据成员设置为偏移量0以及后续每个数据成员存储的起始位置。必须
从成员大小或成员子成员大小的整数倍开始（只要成员有子成员，例如数组、结构体等）（例如，如果int是4字节则从4的整数倍开始存储的地址开始
min(当前起始位置m,n)m=9n=49101112
2结构体作为成员：如果有某些结构体成员在结构体中，那么Storage结构体的成员必须从最大元素大小的整数倍的地址开始（structa包含structb，b
包含char、int、double等元素，则b必须存储为8的整数倍。
成员任何不足都必须补足

以上两个结构体为例

最终的大小结果就是大小。
class_getInstanceSize获取类实例对象占用的内存大小
malloc_size获取系统分配的内存大小

>4<<4，其中右移4+左移4相当于将最后4位擦除为零，后面跟k/16*16一样，是16字节对齐算法，如果小于超过16，就变成0

对于一个对象来说，它真正的extent是8字节的extent，8字节的extent足以满足对象的需求
为了防止一切容错，Apple系统使用16字节对齐的内存，主要是因为当使用8字节对齐时，两个对象的内存会彼此靠近，使其显得更加紧凑，而16字节则相对便宜，有利于Apple未来的扩展/p>

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三、谁能给我详细解释下内存对齐啊？我能明白一点，哪位大神帮帮忙。内存上有一个凹口。根据版本的不同，缺口的位置也不同，对应内存位置上的一个分区。例如之前的sdrom内存有2个空间，对应的sdrom内存位置有2个分区；ddr1内存有1个空间，ddr1插槽有1个分区。你如何决定？首先确定你的主板型号，看看主板支持什么类型的内存，购买对应的内存，然后将内存槽口对准内存插槽分区，插上，就可以了。内存上的凹口旨在防止反向插入。
另外，如果你问的是C语言中的内存对齐，这里还有另一个答案：
为什么要有内存对齐？
以下内容摘自《Intel32位架构手册》。
单词、双字和四字不需要在内存中与自然边界对齐。（对于字、双字和四字，自然限制分别是偶数地址、可被4整除的地址和可被8整除的地址。）
在所有情况下，为了提高程序的性能，数据结构（特别是烟囱）应尽可能与自然边界对齐。原因是为了访问未对齐的内存，处理器必须执行两次内存访问。然而，访问对齐内存只需要一次访问。
跨越4字节边界的字或双字操作数，或跨越8字节边界的四字操作数被视为未对齐，需要两个总线周期来访问内存。从奇数地址开始但不跨越字边界的字被认为是对齐的，并且可以在单个总线周期中访问。
一些对双四字进行操作的指令要求内存操作数与自然边界对齐。如果操作数未对齐，这些指令将生成一般保护异常(#GP)。双四字的自然限制是可被16整除的地址。对双四字进行操作的其他指令允许未对齐访问（不会生成一般保护异常），但需要额外的内存总线周期来访问内存中的未对齐数据。