iOS内存对齐分析详解

IOS

2023-12-19 17:39:24

剖析内存对齐

在计算机科学中，内存对齐是指内存地址与数据类型大小之间的关系。它决定了数据在内存中存储的位置，并影响数据的访问效率。

结构体内存对齐

结构体（struct）是一种复合数据类型，由多个不同类型的数据成员组成。结构体内存对齐是指编译器将结构体中的数据成员按一定规则排列在内存中的方式。

数据成员对齐规则

结构体的数据成员对齐规则如下：

第一个数据成员放在offset为0的地方。
以后每个数据成员的偏移量必须是其数据类型的倍数。
如果数据成员的自然对齐要求比结构体的对齐要求更高，则数据成员的偏移量必须满足数据成员的自然对齐要求。

影响因素

结构体内存对齐受以下因素影响：

编译器: 不同编译器可能采用不同的内存对齐策略。
硬件体系结构: 不同硬件体系结构可能对内存对齐有不同的要求。
数据成员类型: 不同数据类型的对齐要求不同。

实例分析

以下代码演示了结构体内存对齐的影响：

struct Point {
    int x;
    char y;
};

struct Point point;

printf("Size of struct Point: %lu\n", sizeof(point));
printf("Address of point.x: %p\n", &point.x);
printf("Address of point.y: %p\n", &point.y);

输出结果如下：

Size of struct Point: 8
Address of point.x: 0x1000
Address of point.y: 0x1004

可以看出，结构体Point的内存对齐为4字节，即它的数据成员x和y都存储在内存地址的4字节边界上。

性能影响

内存对齐对应用程序性能有重要影响。当数据成员的偏移量不满足其自然对齐要求时，编译器会插入填充字节（padding bytes）来调整偏移量。这会导致额外的内存开销，并可能降低数据访问效率。

例如，假设一个结构体包含一个int类型的数据成员和一个char类型的数据成员，并且编译器对int类型的对齐要求为4字节，对char类型的对齐要求为1字节。如果结构体的内存对齐为4字节，则char类型的数据成员将被填充3个字节，以使它的偏移量满足4字节边界。这会导致结构体的大小增加，并且访问char类型的数据成员时，需要额外读取3个填充字节，这会降低数据访问效率。