为什么要数据对齐！

4绿竹漪漪4

这几天在看《汇编语言的编程艺术》书中第18页
3.4 HLA Support for Data Alignment一节，只讲了数据要对齐。
里面有一段，中文书中的解释是：
/*书摘开始*/
        通常，如果对像的大小是2的幂，并且可以达到16个字节，该宽度就是对象的大小。对于大于16字节的对象，将对象调整到8字节或16字节的地址加界上，这就足够了。对于小于16个字节的对象，一般将该对象对齐到恰好比其大小大的下一个2次幂的地址上是合理的。
        访问没有对齐到合适地址的数据需要花费额外的时间；所以，如果要保证程序运行得足够快，应当尽量依据数据对象的大小来对齐。

/*书摘结束*/
但本质原因却没有讲，非常困惑。
在网上搜索了一下：

/********网络的搜索回复***开始***/
什么是对齐，以及为什么要对齐：
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。
对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32 位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效
率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。
/********网络的搜索回复***结束***/


内存空间既然是按byte分的，将可以到哪里读哪里。
即便访问的对象在特定的内存地址里，也是可以读取到的，为什么要对齐。、
回复说“各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。”,这不就是在说一些平台有些地方是只读，有些是存储，有些是静态，有些是代码，根本没有涉及到对齐。

关键的是这个，“比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32 位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，”

这个最坑爹啊，
读取地址不是cpu控制的么？
高兴叫他从奇数读就从奇数读，高兴偶数读就从偶数读！
难道一个cpu说，“每次给我的地址，最一后一位必须是0，我只能读偶数地址么！”，另一个cpu说，“每次给我的地址，最一后一位必须是1，我只能读奇数地址么！”

非常感谢大牛回答，这个问题困惑我好久了！

小甲鱼

因为对齐可以提高CPU的读取和处理速度。

简单的想象下：加工流水线的产品是不是都是一排排对齐好处理的？如果零零散散会怎样呢？总体效率是不是会更低呢？

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小甲鱼 发表于 2012-9-26 17:19

                               
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因为对齐可以提高CPU的读取和处理速度。

简单的想象下：加工流水线的产品是不是都是一排排对齐好处理的？ ...

小甲鱼大哥，首先，非常感谢你，你的汇编让我认识到了很多很多，我在一个电商网站上班，只会java和js，as一类的。
是你让我知道汇编是多么美妙！
我不是学计算机系的。你像技术领导一样，让我在短时间内明白了很多很多底层的东西！
你来回答这个问题，也让我有受宠若惊的感觉。
非常非常非常——谢谢你的回答，无尽谢意。

但我在写上面东西时，我就知道会提高读取的速度了。
/**/卡夫卡的小说中有个叫《论比喻》——在比喻中我输了，我只能理解这个比喻。牛人比喻时，其实普通人还是听不懂的。
爱因斯坦说：“相对论就是你跟爸爸要钱时等待三分钟，你就觉得是三小时。跟女朋友聊天三小时，只相当于3分钟”。但我还是不明白相对论是什么啊。
我不是冒犯你啊，你可能只看到我的题目就回答了。没看我纠缠的内心表述。

为什么对齐就会读取快呢——cpu不是到哪读哪么，只要把ds设置一下就可以了啊！
这个问题我这几天也搜了好久好久。
也问了我很多朋友，但几人知道。

我内心中只有一个摇摆的假想：
   cpu读数据时，可能物理上有两根线（每根里几条我不知道，我看过《编码》），一个线读奇数位，一个线读偶数位。每次cpu读数据时，这两根线必须都工作。奇数位的只能读奇数位的，偶数位的只能读偶数位的，奇数位的读取的地址要比偶数位的要么大，要么小，但不能有时大，有时小。
所以，还是我提问时总结的：
cpu在说：“我的32位数据总线每次读的地址必须是奇数！我有个朋友也是一款cpu，他只能读偶数！哈哈，奇怪的人类，把我们设计成这样！!”

仰望天上的光

我来解释下吧。以32位系统为例，这里的32说明了CPU的地址总线是32比特；数据总线也是32比特。

那么这里就有一个奇怪的问题，当你取地址0000000（32个0）的时候，应该只能取出1个字节到数据总线上，可是为什么数据总线是32位的呢？

其实，在这里只有地址线的高30位（A31  A30  A29,,, A2）连接到了CPU地址线上，A1和A0不连接在地址总线上。这样其实地址的线的低2位总是被忽略。所以读出地址0和地址1和地址2和地址3实际读出的内容都是一样的（因为0，1，2，3只有最低2位不同，而地址总线忽略最低2位）。这样一来，由于忽略的2个比特可以组合出4中状态，所以读出的数据就是4个字节（32比特）。A1和A0将进一步对读出的数据进行字节提取。
以上就是我们常常说的32位系统里的4字节对齐（其实就是不连最低2比特地址线）。这样，显然每次CPU从内存中取出的地址都是4的倍数。接下来的相信LZ已经知道了。

仰望天上的光

前面的书说存放在偶地址，不存放在奇地址，是应为那是16位系统，由于数据线16比特，所以地址线的最低位被忽略。

4绿竹漪漪4

仰望天上的光 发表于 2012-9-27 19:18

                               
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我来解释下吧。以32位系统为例，这里的32说明了CPU的地址总线是32比特；数据总线也是32比特。

那么这里就 ...

在这里只有地址线的高30位（A31  A30  A29,,, A2）连接到了CPU地址线上

大哥，我读到这一句，立即泪漰了。
我明白了。
你的意思只用30位就可以读到了啊！
不管的的地址是
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
00000000 00000000 00000000 00000010
00000000 00000000 00000000 00000011

这四个地址，对于cpu来说是一样的，CPU每次读其中任何一个地址的数据，其他几个数据都会被读出来！

太强大了！太强大了！
大哥，非常感谢你！我会好好学习的，回报你的一片栽培！谢谢，你从物理上解答了这个问题!

4绿竹漪漪4

:loveliness:
我终于明白了！
谢谢小甲鱼大哥，谢谢仰望天上的光大哥！非常感谢！