歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)：全棧工廠

1. 先看一個(gè)問(wèn)題

請(qǐng)思考30秒想想以下代碼輸出的內(nèi)容是多少？

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

type S1 struct {
    A byte
    B int64
    C byte
}
type S2 struct {
    A byte
    C byte
    B int64
}
func main() {
    s1 := S1{}
    fmt.Printf("S1.A size: %d\n", unsafe.Sizeof(s1.A))
    fmt.Printf("S1.B size: %d\n", unsafe.Sizeof(s1.B))
    fmt.Printf("S1.C size: %d\n", unsafe.Sizeof(s1.C))
    fmt.Printf("S1   size: %d\n\n", unsafe.Sizeof(s1))

    s2 := S2{}
    fmt.Printf("S2.A size: %d\n", unsafe.Sizeof(s2.A))
    fmt.Printf("S2.B size: %d\n", unsafe.Sizeof(s2.B))
    fmt.Printf("S2.C size: %d\n", unsafe.Sizeof(s2.C))
    fmt.Printf("S2   size: %d\n", unsafe.Sizeof(s2))
}

執(zhí)行后代碼輸出:

S1.A size: 1
S1.B size: 8
S1.C size: 1
S1   size: 24

S2.A size: 1
S2.B size: 8
S2.C size: 1
S2   size: 16

你或許會(huì)疑問(wèn)，為什么S1和S2所占存儲(chǔ)空間不僅不是A、B、C總和10而且S1和S2所占空間也各不一樣？問(wèn)題的關(guān)鍵就在于"內(nèi)存對(duì)齊"。

2. 什么是內(nèi)存對(duì)齊？

在計(jì)算機(jī)中，CPU通過(guò)特定的指令從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，由于CPU訪問(wèn)內(nèi)存已得到數(shù)據(jù)的時(shí)間要比執(zhí)行指令花費(fèi)的時(shí)間多得多，因此在CPU內(nèi)部提供了一些通用寄存器用來(lái)暫存從內(nèi)存中加載到的數(shù)據(jù)，CPU一次讀取的數(shù)據(jù)量為一個(gè)字，字的位數(shù)我們稱之為字長(zhǎng)，因此字長(zhǎng)的大小直接決定了CPU一次能處理的數(shù)據(jù)量的大?。灰话闱闆r下，字長(zhǎng)越大，CPU性能越高，我們熟知的64位計(jì)算機(jī)就表示CPU一次能處理的數(shù)據(jù)量為64位即8字節(jié)。
因此，所謂內(nèi)存對(duì)齊就是計(jì)算機(jī)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)按照一個(gè)字的長(zhǎng)度（即:CPU數(shù)據(jù)處理單位）進(jìn)行對(duì)齊，保證CPU以高效的方式精確讀取到所需要的數(shù)據(jù)。

3. 為什么要內(nèi)存對(duì)齊？

3.1 提高性能

如果CPU不按照塊(字)去讀取數(shù)據(jù)，而是按照字節(jié)去讀取數(shù)據(jù)，那么CPU讀取一個(gè)int64值就需要讀取8次，效率很低，所以最終CPU被設(shè)計(jì)一次讀取一個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，內(nèi)存的基本存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下:

如果不進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊的話，一個(gè)int64在內(nèi)存中的存儲(chǔ)位置很可能像下面這樣:

image.png

這樣的話，CPU就需要讀取兩次才能完成這個(gè)int64值的讀取操作，而進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊后，保證每個(gè)變量的值都存儲(chǔ)在整數(shù)倍機(jī)器字長(zhǎng)的內(nèi)存地址上，最小化CPU內(nèi)存讀取次數(shù)，提高效率。

3.2 避免出錯(cuò)

不是所有的硬件平臺(tái)都能訪問(wèn)任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺(tái)只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常，出現(xiàn)錯(cuò)誤。

4. 問(wèn)題解答

了解內(nèi)存對(duì)齊后，我們?cè)倏次恼麻_(kāi)始我們說(shuō)道的那題，在我的64位計(jì)算機(jī)環(huán)境中，S1和S2在內(nèi)存中的大致位置如下圖所示：

所以，最后S1所占的內(nèi)存空間為24字節(jié)，S2所占空間為16字節(jié)。