c++ - 为什么结构的大小需要是任何结构成员的最大对齐的倍数

Question

我了解结构成员之间的填充，以确保各个类型的正确对齐。但是，为什么数据结构必须是最大成员对齐的倍数？我不明白最后需要填充。

引用: http://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment

Answer 1

好问题。考虑这种假设类型:

struct A {
    int n;
    bool flag;
};

因此，A 类型的对象应该占用五个字节(int 占四个字节，bool 占一个字节)，但实际上它占用了八个字节。为什么？

如果你使用这样的类型，就会看到答案:

const size_t N = 100;
A a[N];

如果每个 A 只有五个字节，那么 a[0] 会对齐，但是 a[1], a[ 2] 而大多数其他元素不会。

但为什么对齐如此重要？有几个原因，都与硬件有关。一个原因是最近/经常使用的内存被缓存在 CPU 芯片上的缓存行中以便快速访问。小于缓存行的对齐对象总是适合一行(但请参阅下面附加的有趣评论)，但未对齐的对象可能跨越两行，浪费缓存。

实际上还有更根本的硬件原因，与字节可寻址数据在 32 位或 64 位数据总线上传输的方式有关，与缓存行完全不同。不对齐不仅会用额外的读取阻塞总线(由于之前的跨接)，而且还会迫使寄存器在字节进入时移位。更糟糕的是，不对齐往往会混淆优化逻辑(至少，英特尔的优化手册说它确实如此，尽管我对最后一点没有个人知识)。因此，从性能的角度来看，错位非常糟糕。

出于这些原因，浪费填充字节通常是值得的。

更新:下面的评论都很有用。我推荐他们。