什么是內(nèi)存對齊？

編譯器會將數(shù)據(jù)按照特定的規(guī)則，把數(shù)據(jù)安排到合適的存儲地址上，并占用合適的地址長度

為什么要內(nèi)存對齊

保證程序順利高效的運行，可以讓CPU快速從內(nèi)存中存取到字段，避免資源浪費

內(nèi)存對齊規(guī)則

1、起始的存儲地址 必須是 內(nèi)存對齊邊界 的倍數(shù)。

2、整體占用字節(jié)數(shù) 必須是 內(nèi)存對齊邊界 的倍數(shù)。

Tip：先聲明兩個概念 ↓ ↓ 

• 內(nèi)存對齊邊界：結(jié)構(gòu)體所有元素中，哪個元素占用的字節(jié)數(shù)大，那么這個元素占用的字節(jié)數(shù)就是內(nèi)存對齊邊界 
• 對齊邊界：結(jié)構(gòu)體中每個元素自己占用的字節(jié)數(shù)

通過下邊的示例來理解內(nèi)存對齊的規(guī)則

首先我們定義一個結(jié)構(gòu)體：

type S struct {
   A uint8     // byte:1
   B int32     // byte:4
   C int16     // byte:2
   D int64     // byte:8
   E [2]string // byte總和:32 -->string類型數(shù)組，總共2個元素，每個元素包含2部分內(nèi)容：
   			   // 內(nèi)容1：ptr，指向存放數(shù)據(jù)的地址，byte:8:  內(nèi)容2：len，標識字符串長度的整數(shù)值，byte:8
   F struct{}  // zero size field
}

步驟一：確定內(nèi)存對齊邊界

統(tǒng)計出結(jié)構(gòu)體中所有的元素分別占用的字節(jié)數(shù)，占用最大的字節(jié)數(shù)就是內(nèi)存對齊邊界，在這個示例中的內(nèi)存對齊邊界就是 8    Tip：如果不知道怎樣確定內(nèi)存對齊邊界，可以使用unsafe.Alignof()函數(shù)打印每個元素的對齊系數(shù)，打印中的最大值就是內(nèi)存對齊邊界：

func main() {
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.A))   // output: 1
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.B))  // output: 4
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.C))  // output: 2
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.D))  // output: 8
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.E))  // output: 8
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.F))  // output: 1
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(S{}))		//可以直接打印出結(jié)構(gòu)體所占用的字節(jié)數(shù)
}

步驟二：確定起始存儲地址

內(nèi)存對齊規(guī)則第一條：起始的存儲地址 必須是 內(nèi)存對齊邊界 的倍數(shù)。也就是(起始地址addr)%(內(nèi)存對齊邊界)=0，在我們示例中起始地址就是addr%8=0，我們從0地址開始，為了方便看，我們先用圖來展示地址存儲分布圖

起始地址為0，0%8=0，符合條件，那我們就從0開始存儲數(shù)據(jù)

其中元素A占用1個字節(jié)，并且0%1=0，符合條件，第0個地址分配給A；

元素B占用4個字節(jié)，從1個地址分配的話，1%4≠0，只有4%4=0，所以把第4-7個地址分配給B；

以此類推······ 具體分配如下

元素A：1個字節(jié)，占用第0個相對地址空間，      0%1 =0（起始地址為0，內(nèi)存邊界為1）
元素B：4個字節(jié)，占用第4-7個相對地址空間，    4%4 =0（起始地址為4，內(nèi)存邊界為4）
元素C：2個字節(jié)，占用第8-9個相對地址空間，    8%2 =0（起始地址為8，內(nèi)存邊界為2）
元素D：8個字節(jié)，占用第16-23個相對地址空間，  16%8=0（起始地址為16，內(nèi)存邊界為8）
元素E：8*2*2個字節(jié)，占用第24-31和32-39和40-47和48-55個相對地址空間，24%8=0...（起始地址為24，內(nèi)存邊界為8...）
元素F：zero size field，占用第56個相對地址空間，     56%1=0 (起始地址為56，內(nèi)存邊界為1）

最終內(nèi)存在第56個相對地址空間分配完畢，但是我們的地址空間是從0開始計算的，所以目前來看結(jié)構(gòu)體總共占用57個字節(jié)！

步驟三：確定結(jié)構(gòu)體占用字節(jié)數(shù)

我們在步驟二中排列出了結(jié)構(gòu)體中元素的存放地址，整體元素占用57個字節(jié)，但是到這里還不算完事兒，因為我們還沒有執(zhí)行第二條的內(nèi)存對齊規(guī)則–>整體占用字節(jié)數(shù) 必須是 內(nèi)存對齊邊界 的倍數(shù)。我們的內(nèi)存對齊邊界為8，而57不是8的倍數(shù)，所以我們需要擴張字節(jié)空間到8的倍數(shù)，延伸到64，也就是擴張到到圖中的第63個相對地址空間。這個結(jié)構(gòu)體占用的字節(jié)數(shù)為64字節(jié)！

內(nèi)存空間優(yōu)化

通過上邊的示例與圖表我們不難看出，其中還有好多個地址空間被浪費掉了，這些沒被利用的地址空間，go語言會進行padding操作來對這些空間進行填充，使這些空間變成合法的內(nèi)存空間。

我們再思考一下，如何才能減少地址空間的浪費呢？能不能通過重新排列元素的位置來合理的分配地址空間呢？答案當然是肯定的，我們可以通過合理排列元素的定義順序來減少地址空間的浪費。

我們先看結(jié)論，下邊是重新排列后的結(jié)構(gòu)體：

type S1 struct {
	A uint8
	F struct{}
	C int16
	B int32
	D int64
	E [2]string
}

再看一下重新分配地址空間的圖標：

起始地址為0，0%8=0，符合條件，我們就從0開始存儲數(shù)據(jù)

其中元素A占用1個字節(jié)，并且0%1=0，符合條件，第0個地址分配給A；       元素F占用1個字節(jié)，1%1=0，符合條件，將第1個地址分配給B；       以此類推······ 具體分配如下

元素A：1個字節(jié)，占用第0個相對地址空間，          0%1 =0（起始地址為0，內(nèi)存邊界為1）
元素F：zero size field，占用第1個相對地址空間，1%1 =0（起始地址為1，內(nèi)存邊界為1）
元素C：2個字節(jié)，占用第2-3個相對地址空間，        2%2 =0（起始地址為2，內(nèi)存邊界為2）
元素B：4個字節(jié)，占用第4-7個相對地址空間，        4%4=0（起始地址為4，內(nèi)存邊界為4）
元素D：8個字節(jié)，占用第8-15個相對地址空間，        8%8=0（起始地址為8，內(nèi)存邊界為8）
元素E：8*2*2個字節(jié)，占用第16-23和24-31和32-39和40-47個相對地址空間，16%8=0... (起始地址為16，內(nèi)存邊界為8...）

最終內(nèi)存在第47個相對地址空間分配完畢，但是我們的地址空間是從0開始計算的，所以目前來看結(jié)構(gòu)體總共占用48個字節(jié)！并且48還是內(nèi)存對齊邊界值8的整數(shù)倍，所以結(jié)構(gòu)體最終占用48個字節(jié)！

我們可以很明顯的看出來，在我們改變元素的定義順序后，占用的字節(jié)空間從64字節(jié)減少到了48字節(jié)，內(nèi)存空間得到了充分的優(yōu)化?。?！這也是一個結(jié)論所在，我們在結(jié)構(gòu)體定義變量的時候，盡量將相同類型的變量定義在一起，將占用字節(jié)較少的變量類型放在一塊。

到此這篇關(guān)于Golang內(nèi)存對齊的規(guī)則及實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang內(nèi)存對齊內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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