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为什么要做字节对齐呢？

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楼主
小夏天的大西瓜|  楼主 | 2024-1-29 17:50 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
硬件, BSP, 内存, ARM, 处理器
其实主要是为了效率，也就是处理器从内存中读取数据的时候，可以使用尽量少的操作，从而读取到完整的数据类型，我用硬件底层来说明一下这个道理，我们暂时以 4 字节对齐为例。


我们知道在内存的总线系统中，地址线其实都是从 A2 开始的，A0和 A1 一般都悬空，这是因为Arm 系统中硬件地址访问也是按照 4 字节对齐访问的。
这样我们可以通过地址 0,4,8 这样的地址读到 int 类型的数据，假如我们在结构体中强制按照 1 字节对齐，这个时候很可能出现一个 int 类型的起始地址不在 0,4,8这样的对齐地址上，而是放在了 地址 5 上，那么我们的硬件要是读取这个变量，则需要先读取 地址4，再读取一次 地址 8。然后通过左右移位才能组合出一个完整的变量，这里的多次读取就涉及到了效率问题了。
这里是从底层的硬件接口剖析，到软件上层的处理，道理也是一样的。

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沙发
jkl21| | 2024-2-2 21:43 | 只看该作者
字节对齐还可以有效地节省存储空间。

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板凳
primojones| | 2024-2-3 08:03 | 只看该作者
字节对齐可以提高处理器的访问效率。当处理器访问一个word大小的数据时，如果数据地址是4的倍数，处理器可以直接访问而不需要进行地址调整。如果数据未对齐，处理器可能需要先访问一个字节的填充数据，然后再访问实际数据，这样会增加访问时间。

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地板
olivem55arlowe| | 2024-2-3 18:12 | 只看该作者
如果数据结构中的变量没有进行字节对齐，可能会导致CPU在访问这些变量时，需要额外的取内存和写内存操作。通过对数据结构进行字节对齐，可以使得CPU更高效地访问内存中的数据，提高数据访问速度。

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5楼
10299823| | 2024-2-3 19:12 | 只看该作者
虽然字节对齐会使得数据的存储空间利用率更高，但这并不是其主要目的。对齐可以减少内存中的碎片，使得内存的使用更加高效。

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6楼
averyleigh| | 2024-2-3 20:45 | 只看该作者
在一个32位的单片机中，CPU每次可能需要从4字节边界地址开始读取数据，以确保一次内存访问就能完整获取一个32位数据。如果数据没有对齐到正确边界，则可能导致CPU需要额外的周期来读取跨越边界的数据，进而降低了性能。

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7楼
claretttt| | 2024-2-4 21:43 | 只看该作者
编译器在进行数据访问时，会遵循字节对齐的原则。如果数据未对齐，编译器可能需要在代码中插入额外的指令来进行地址调整，这会影响程序的执行效率。

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8楼
burgessmaggie| | 2024-2-7 11:36 | 只看该作者
在定义数据结构时，为了保证结构体的成员变量能够按照特定的边界对齐，编译器可能会在结构体内插入填充字节。这样做虽然会增加整个结构体的大小，但可以提高访问结构体成员的速度。

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9楼
belindagraham| | 2024-2-7 13:00 | 只看该作者
对于大多数单片机来说，数据总线宽度是8位、16位或32位，因此将数据存储在内存中的固定位置可以提高数据传输的效率。

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10楼
jkl21| | 2024-2-7 14:00 | 只看该作者
编译器在生成机器代码时，会根据目标处理器的指令集进行优化。对齐数据可以确保生成的代码使用最高效的指令序列，避免不必要的复杂性和性能损失。

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11楼
1988020566| | 2024-2-7 15:08 | 只看该作者
许多单片机具有地址解码逻辑，使得对于对齐地址的数据访问可以更快完成，因为它们可以直接通过对应的总线线路一次性读写完整的数据块，而无需多次操作。

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12楼
bestwell| | 2024-2-7 17:29 | 只看该作者
大多数单片机的内存和外设访问接口都是按照特定的数据宽度来设计的，如8位、16位、32位或更高。为了高效地访问这些资源，CPU通常会要求数据起始地址是其内部总线宽度的整数倍

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13楼
wilhelmina2| | 2024-2-7 19:02 | 只看该作者
未对齐的内存访问可能导致数据损坏或错误，特别是在使用某些特定指令或并行处理时。因此，对齐也是保证数据完整性和正确性的一个重要因素。

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14楼
sdCAD| | 2024-2-7 19:26 | 只看该作者
设计为在对齐的内存地址上进行数据访问时效率最高。这是因为它们可以一次性读取或写入一个整数倍于其总线宽度的数据。例如，32位处理器通常具有32位宽的数据总线，因此它可以在一个操作中读取或写入4个字节的数据。

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15楼
beacherblack| | 2024-2-7 20:27 | 只看该作者
如果数据没有正确对齐，可能会导致程序崩溃或其他难以调试的问题。特别是在嵌入式系统中，不正确的内存访问可能会引发严重的系统不稳定。

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16楼
xiaoyaodz| | 2024-2-7 21:19 | 只看该作者
不同的硬件平台对于数据对齐有着不同的要求。一些平台可能要求在访问特定类型的数据时，数据的地址必须是某个值的整数倍。这是因为硬件设计时，为了简化处理器和存储器系统之间的接口，可能会要求数据按照一定的对齐方式存放。

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17楼
mikewalpole| | 2024-2-7 22:47 | 只看该作者
有的操作系统、编译器以及库函数等软件基础设施通常依赖于字节对齐，为了保证软件的兼容性和复用性，遵循字节对齐的规则是必要的。

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18楼
houjiakai| | 2024-2-9 11:12 | 只看该作者
合理的利用字节对齐，可以使得数据在内存中的布局更加紧凑，从而减少内存的浪费。

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19楼
pixhw| | 2024-2-9 12:23 | 只看该作者
字节对齐是一种常见的优化技术，它能够在单片机系统中提升数据访问的速度、保证系统的稳定性

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20楼
everyrobin| | 2024-2-9 13:05 | 只看该作者
某些旧的或者低端的处理器可能不支持或在性能上不优化未对齐的内存访问。在这些处理器上，未对齐的内存访问可能导致额外的内存访问周期，从而降低程序的运行效率。

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