内存对齐

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合理的排列数据成员的顺序，使得整个结构体的空间占用最小化。

什么是内存对齐

内存对齐是指数据在内存中存储的方式，以优化处理器访问。处理器一次访问一定数量的连续字节（称为“字”），通常为 4 字节或 8 字节。硬件会将内存的读写对齐到数据总线的宽度，从而可以降低硬件实现的复杂度，又可以提升传输的效率。

为什么有内存对齐

有些CPU可以访问任意地址上的任意数据，而有些CPU只能在特定地址访问数据，因此不同硬件平台具有差异性，这样的代码就不具有移植性，如果在编译时，将分配的内存进行对齐，这就具有平台可以移植性了
CPU每次寻址都是要消费时间的，并且CPU 访问内存时，并不是逐个字节访问，而是以字长（word size）为单位访问，所以数据结构应该尽可能地在自然边界上对齐，如果访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问，而对齐的内存访问仅需要一次访问，内存对齐后可以提升性能。

对齐规则

Go语言内存对齐规则参考两方面因素：

数据类型自身的大小。如果是复合类型，会参考最大成员的大小
硬件平台机器字长（32位/64位）

类型	32位平台大小	32位平台对齐边界	64位平台大小	64位平台对齐边界
bool	1	1	1	1
int8、uint8	1	1	1	1
int16、uint16	2	2	2	2
int32、uint32、float32	4	4	4	4
int64、uint64、float64	8	4	8	8
int、uint、uintptr	4	4	8	8
complex64	8	4	8	4
complex128	16	4	16	8
string	8	4	16	8
slice	12	4	24	8
map	4	4	8	8

提示

complex类型由实部和虚部两个float组成，complex64相当于2个float32、complex128相当于2个float64。因此对齐边界参考float类型。

对齐示例

package main

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

type S1 struct {
	a int8
	b int64
	c int8
	d int32
	e int16
}

type S2 struct {
	a int8
	c int8
	e int16
	d int32
	b int64
}

func main() {
	fmt.Println("Size of S1:", unsafe.Sizeof(S1{}), "bytes")
	fmt.Println(unsafe.Offsetof(S1{}.a), unsafe.Offsetof(S1{}.b), unsafe.Offsetof(S1{}.c), unsafe.Offsetof(S1{}.d), unsafe.Offsetof(S1{}.e))
	fmt.Println("Size of S2:", unsafe.Sizeof(S2{}), "bytes")
	fmt.Println(unsafe.Offsetof(S2{}.a), unsafe.Offsetof(S2{}.c), unsafe.Offsetof(S2{}.e), unsafe.Offsetof(S2{}.d), unsafe.Offsetof(S2{}.b))
}

执行结果

Size of S1: 32 bytes
0 8 16 20 24
Size of S2: 16 bytes
0 1 2 4 8

提示

我们可以发现S1和S2字段包含相同的成员，但是S1占用的内存空间是S2的2倍。

参考资料

详解内存对齐