本文主要是介绍内存地址对齐，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
目录
一、基础知识
1、CPU位数（地址总线）
2、寄存器位宽
3、数据总线
二、地址对齐
三、示例代码
1、POSIX标准
2、GNU拓展特性
一、基础知识
1、CPU位数（地址总线）
CPU 位数通常描述的是 CPU 地址总线的长度，即用于寻址内存的总线的宽度。
在计算机系统中，地址总线用于传输 CPU 发出的内存地址信号，决定了 CPU 能够寻址的内存空间大小：
（1）32 位 CPU 的寻址能力为 2^32，即能够寻址的内存空间大小为 4GB。
（2）64 位 CPU 的寻址能力为 2^64，理论上能够寻址的内存空间极大，远超当前实际需求。
64 位 CPU 相比于 32 位 CPU 具有更大的内存寻址空间和更高的数据处理能力，能够更好地支持大内存应用和处理大数据量的计算任务。
2、寄存器位宽
寄存器是 CPU 中用来存储临时数据和执行指令的一种存储设备。寄存器位宽指的是一个寄存器能够存储的位数，也就是寄存器的大小。通常情况下，寄存器位宽与 CPU 的数据处理能力有关，比如一个64位CPU的通用寄存器通常是64位宽度，可以存储64位的数据。
CPU 位数也决定了寄存器的位宽：
（1）32 位 CPU 的通用寄存器是 32 位宽度，一次能够处理 32 位（4 字节）的数据。
（2）64 位 CPU 的通用寄存器是 64 位宽度，一次能够处理 64 位（8 字节）的数据。
3、数据总线
数据总线是 CPU 与其他设备（如内存、外设）之间传输数据的总线，用于在各个部件之间传递数据。数据总线的宽度表示一次能够传输的数据位数，比如一个64位数据总线可以一次传输64位的数据。
数据总线的长度可能与地址总线不同，目前 CPU 在设计的时候大多独立考虑。
寄存器位宽决定了 CPU 内部处理数据的能力，而数据总线宽度影响了 CPU 与其他设备之间传输数据的效率和速度。
二、地址对齐
为了更好的说明，下面以 32 位 CPU 读取 int 变量为例。
32 bit 的 CPU 每次可以读取 4 byte 的数据。CPU 在读取读取数据时会尽可能的减少 CPU 的读取操作的次数，例如，对于 4 byte 长度的 int 类型变量，最优的就是 CPU 一次读取就将该变量全部数据获取到。
但实际情况可能并不如此，在内存不对齐的情况下，CPU 可能需要两次才可以完全读取该变量。
所以，内存对齐的情况下，虽然浪费一定的空间，但是可以极大的提高 CPU 读取数据的效率。而且有些系统在不内存对齐的情况下，可能会崩溃。
在linux下可以使用 printf("%p\n", &var); 查看变量的其实地址。进行内存对齐时，还需要考虑 CPU 的位数。
对于非标准数据类型按下面的原则对齐：
（1）数组 ：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。
（2）联合 ：按其包含的长度最大的数据类型对齐。
（3）结构体：结构体中每个数据类型都要对齐。
三、示例代码
1、POSIX标准
在 Linux 下，可以使用 posix_memalign() 函数在堆内申请内存对齐的变量。
int posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size);其中，memptr 是一个指向指针的指针，用于存储分配的内存地址；alignment 表示所需对齐的字节数，必须是 2 的整数次幂；size 表示需要分配的字节数。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {void *ptr;size_t size = 32;size_t alignment = 16;// 分配对齐的内存int result = posix_memalign(&ptr, alignment, size);if (result != 0) {printf("内存分配失败\n");return -1;}printf("分配的内存地址: %p\n", ptr);free(ptr);return 0;
}2、GNU拓展特性
__attribute__ 是一个 GNU C/C++ 编译器的扩展特性，用于指定变量或函数的属性，包括对齐属性。通过在变量或函数声明时使用 __attribute__((aligned(n))) 可以指定对齐方式为 n 字节。这种方式适用于编译器支持 __attribute__ 特性的情况。
#include <stdio.h>// 定义一个结构体并指定对齐属性为 16 字节
struct __attribute__((aligned(16))) AlignedStruct {int x;char y;
};// 定义一个数组并指定对齐属性为 32 字节
int array[4] __attribute__((aligned(32)));int main() {// 输出数组地址及大小printf("数组地址: %p\n", &array);printf("数组大小: %lu\n", sizeof(array));return 0;
}这篇关于内存地址对齐的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
