C++项目中字节对齐与CPU效率和内存占用

由于C++的项目做的少，又比较小，所以一直没有注意字节对齐的问题，但是，字节对齐在大规模应用中对内存管理和CPU执行效率的影响应是挺大的。本文根据一些资料学习，做一个小总结。

首先抛出第一个结论，字节对齐可以提高CPU的执行效率。

根据（1）中分析，CPU执行指令时从内存中获取数据是按块操作的，块的大小可能为2-bytes, 4-bytes, 8-bytes, 16-bytes……

上图所示4-bytes块，此时，如果CPU读取4-bytes或以上大小的数据的起始地址为1，则需要至少读取2个数据块，然后把2个块中不需要的数据抛弃，再将有用数据拼接成4-bytes的数据，这明显增加了CPU的操作，影响了CPU指令的执行效率。如果CPU读取数据的起始地址在0,4……，则一次只需要读一个数据块，CPU的读取指令就是一次原子操作。

字节对齐就是对CPU读取的每一个数据，都保证其起始地址在数据块的始端，对数据字节数小于CPU数据块（粒度）的值进行扩充，使得其占用完整的一个粒度的内存空间。字节对齐，节省了CPU进行数据截取和拼接的操作。

另一个结论，字节对齐有利于优化内存。

在结构体中，根据字节自动对齐原则，结构体

typedef struct _test {
char a;
int b;
char c;
} test;

编译器将采用结构体中字节数最大的基本类型int的字节数作为对齐标准，char类型将扩充为4-bytes，因此，sizeof(test)=12，但是这样的内存利用效率比较低。

如果通过指定编译器1字节对齐，则CPU的执行效率就会降低。

#praama pack(1)
typedef struct _test {
char a;
int b;
char c;
} test;
#pragma pack()

为了保证CPU执行效率的条件下优化程序的内存，需要调整结构体中数据成员的顺序

typedef struct _test {
int b;
char a;
char c;
} test;

此时，结构体成员b占用4个字节，a和c分享后面的4个字节，其中两个成员占用前两个字节，后两个字节为字节对齐时填充的无效数据，此结构体占用8个字节的内存空间。