对齐到8的原因是什么？

Question

  struct {              /* Fileheader */
    uchar file_version[4];
    uchar options[2];
    uchar header_length[2];
    uchar state_info_length[2];
    uchar base_info_length[2];
    uchar base_pos[2];
    uchar key_parts[2];         /* Key parts */
    uchar unique_key_parts[2];      /* Key parts + unique parts */
    uchar keys;             /* number of keys in file */
    uchar uniques;          /* number of UNIQUE definitions */
    uchar language;         /* Language for indexes */
    uchar max_block_size_index;     /* max keyblock size */
    uchar fulltext_keys;
    uchar not_used;                     /* To align to 8 */
  } header;

上面是从MySQL源码中提取的，

为什么要对齐8呢？

Answer 1

这是一种优化，允许 CPU 更有效地访问内存中的结构。

http://en.wikipedia.org/wiki/Data_struct_alignment

Answer 2

原因 1： 地址计算更快、更小。

在 x86 以及其他一些体系结构上，如果元素大小是“良好的整数”，则访问数组元素会更有效。有关“nice, round number”的定义，请学习 x86 汇编。但是您可以通过以下代码看到在汇编中访问具有不同大小元素的数组的效果：

struct s { char c[N]; };
int func(struct s *p, int i) { return p[i].c[0]; }

当 N 为 23 时（上述结构体的大小，无填充）：

leaq    (%rsi,%rsi,2), %rax
salq    $3, %rax
subq    %rsi, %rax
movsbl  (%rax,%rdi),%eax

当 N 为 24 时（上述结构体的大小，带填充）：

leaq    (%rsi,%rsi,2), %rax
movsbl  (%rdi,%rax,8),%eax

当 N 时是 32（带有额外填充的上述结构的大小）：

salq    $5, %rsi
movsbl  (%rsi,%rdi),%eax

请注意，访问具有 23 字节元素的数组中的元素的代码是多么复杂。

原因 2：对于磁盘结构，它允许通过对齐的加载和存储来访问文件中的其他元素。

看起来该结构出现在磁盘上。通过填充，32 位字可以直接出现在结构之后并对齐。这使得访问速度更快——编译器会自动为内存中的结构执行此操作，但您需要手动为磁盘上的结构执行此操作。如果您尝试访问未对齐的数据，某些架构甚至会崩溃。

unsigned char *data = ...;
header *h = (header *) data;
do_something_with(h);
uint32_t x = *(uint32_t *) (data + sizeof(header));

如果 sizeof(header) 不是 4 的倍数，上面的代码将使 SPARC 崩溃，并且在 x86 上，除非 sizeof(header) 不是 4 的倍数，否则它会变慢4.

Answer 3

如果标头结构位于数组中，则数组的所有元素将以相同的方式对齐。不然的话，就不会是这样了。您可以查看下面的代码/输出来验证这一点。

如果 Dani 在他们的评论中是正确的，则该用户打算投射诸如 file_version 到一个uint32_t，那么这种对齐方式就非常重要了。

一些代码的

#include <stdio.h>

struct padded {
    unsigned char file_version[4];
    unsigned char options[2];
    unsigned char header_length[2];
    unsigned char state_info_length[2];
    unsigned char base_info_length[2];
    unsigned char base_pos[2];
    unsigned char key_parts[2];
    unsigned char unique_key_parts[2];
    unsigned char keys;
    unsigned char uniques;
    unsigned char language;
    unsigned char max_block_size_index;
    unsigned char fulltext_keys;
    unsigned char not_used;
};

struct unpadded {
    unsigned char file_version[4];
    unsigned char options[2];
    unsigned char header_length[2];
    unsigned char state_info_length[2];
    unsigned char base_info_length[2];
    unsigned char base_pos[2];
    unsigned char key_parts[2];
    unsigned char unique_key_parts[2];
    unsigned char keys;
    unsigned char uniques;
    unsigned char language;
    unsigned char max_block_size_index;
    unsigned char fulltext_keys;
};

int main() {
    printf("size padded:      %lu\n", sizeof(struct padded));
    printf("size unpadded:    %lu\n", sizeof(struct unpadded));

    printf("size padded[2]:   %lu\n", sizeof(struct padded[2]));
    printf("size unpadded[2]: %lu\n", sizeof(struct unpadded[2]));
}

输出

size padded:      24
size unpadded:    23
size padded[2]:   48
size unpadded[2]: 46