地址/数据总线

地址总线：
cpu 需要从内存读取数据，需要通过地址总线把地址传到内存，内存准备好数据，输出到地址总线，交给 cpu，如果地址总线只有8根，那么地址只有8位，寻址空间为256个地址，想使用更大的内存，就需要有更宽的地址总线，32位地址总线可以寻址4G内存

数据总线：
若数据总线为 8 位，则每次寻址后可操作 1 个字节。若想操作更多数据，就加宽数据总线，一次想操作4字节，就需要用32根数据总线，每次操作字节数就是机器字长（32 位/64 位计算机一般描述的是计算机数据总线宽度，即机器字长）

在这种数据操作模式下，存在如下问题：

若 CPU 数据总线宽度为 64 位，即 8 字节的机器字长，每次可操作 8 字节数据
需要操作的数据地址为 1-8，共 8 字节数据
CPU 需要进行两次操作才可以完整读取 8 个字节，第一次读取 0-7 字节，第二次读取 8-15 字节，最后拼接需要的 8 字节
这种操作方式浪费了 CPU 资源，所以需要进行内存对齐

内存对齐

内存对齐的概念

计算机的内存空间是按照字节进行划分的，但是实际情况，在访问特定的变量需要在特定的地址进行访问，这就需要类型数据按照特定规则排序，而不是按照顺序一个一个存放，这种叫做内存对齐
粒度：cpu 一次访问一块内存的大小，我们称之为粒度（即机器字长）
32位 CPU 粒度：4字节
64位CPU粒度：8字节
内存对齐作用：减少 CPU 访问内存次数，提高 CPU 读取内存效率（若设计不当，会存在空间浪费，内存对齐相当于用空间换时间）

结构体对齐规则

第一个成员在结构体变量偏移量为 0 的地址处，也就是第一个成员必须从头开始。
其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数为编译器默认的一个对齐数与该成员大小中的较小值
结构体总大小为最大对齐数的整数倍。（每个成员变量都有自己的对齐数）
如果嵌套结构体，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（包含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

实例 1：

struct ss
{
	int x;
	char i;
	short q;
}

char 1 int 4 short 2，实际占用 8 字节，实际内存情况如下：

int	int	int	int	char	X	short	short
1	2	3	4	5	6	7	8

int 结束占用4，满足char 对齐条件（ 4%1/ = 0）
char 结束占用5，不满足short 对齐条件（5%2！=0）
补齐 1 字节到 6，满足 short 条件（ 6%2=0 ）
存入short ，满足结构体条件（ 8%4=0 ）
整体占用 8位

实例 2：

struct ss
{
	int x;
	char i;
}

char 1 int 4，实际占用 8 字节，实际内存情况如下：

int	int	int	int	char	X	X	X
1	2	3	4	5	6	7	8

int 结束占用 4，满足 char 对齐条件（ 4%1 != 0）
char 结束占用 5，不满足结构体对齐条件（5%4 !=0，结构体对齐长度为结构体最大成员长度）
补齐 6，7，8 字节，满足结构体对齐条件
整体占用 8 位

pragma pack

由于不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据，为了提高读取效率需要做内存对齐

具体的内存对齐规则由编译器决定，一般编译器会指定一个默认的对齐数，可以后期修改

#pragma pack (n) 是一个编译器指令，它用来指定结构体，联合体，和类的成员的内存对齐方式

#pragma pack(1)的意思是，从这个指令开始，所有的结构体，联合体，和类的成员都按照1字节的边界对齐，也就是说，它们在内存中紧密地排列，没有任何的空隙或者填充。这样可以节省内存空间，但是也可能降低内存访问的效率，甚至导致一些平台上的错误。 #pragma pack(1)的使用方法是，在需要指定内存对齐方式的地方，写上 #pragma pack(1)这一行，它会影响它后面的所有的结构体，联合体，和类的定义，直到遇到下一个 #pragma pack 指令或者文件结束为止。

struct Test1 {
    char a;
    int b;
};
 
// 使用#pragma pack(1)指令，指定后面的结构体，联合体，和类的成员按照1字节的边界对齐
#pragma pack(1)
struct Test2 {
    char a;
    int b;
};
// 使用#pragma pack()指令，恢复默认的内存对齐方式
#pragma pack()

sizeof(Test1) = 8
sizeof(Test2) = 5

地址/数据总线

内存对齐

内存对齐的概念

结构体对齐规则

pragma pack

相关指令