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一文探索Go語(yǔ)言中的內(nèi)存對(duì)齊

更新時(shí)間：2024年11月22日 15:58:41 作者：左詩(shī)右碼

在 Go 語(yǔ)言中,內(nèi)存對(duì)齊是一個(gè)經(jīng)常被忽略但非常重要的概念,本文將通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)探討 Go 語(yǔ)言中的內(nèi)存對(duì)齊機(jī)制,感興趣的可以了解下

示例代碼

我們先來(lái)看一段代碼：

package memory_alignment

import (
	"fmt"
	"unsafe"
)

type A struct {
	a int8
	b int8
	c int32
	d string
	e string
}

type B struct {
	a int8
	e string
	c int32
	b int8
	d string
}

func Run() {
	var a A
	var b B
	fmt.Printf("a size: %v \n", unsafe.Sizeof(a))
	fmt.Printf("b size: %v \n", unsafe.Sizeof(b))
	// a size: 40
	// b size: 48
}

在這個(gè)例子中，我們定義了兩個(gè)結(jié)構(gòu)體 A 和 B。它們的字段基本相同，只是排列順序不同。然后，我們使用 unsafe.Sizeof 來(lái)查看這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存中的大小。

結(jié)果卻令人驚訝：結(jié)構(gòu)體 A 的大小是 40 字節(jié)，而結(jié)構(gòu)體 B 的大小是 48 字節(jié)。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的差異呢？這就是我們今天要討論的內(nèi)存對(duì)齊的作用。

內(nèi)存對(duì)齊概念

內(nèi)存對(duì)齊是指編譯器為了優(yōu)化內(nèi)存訪問(wèn)速度，而對(duì)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置進(jìn)行調(diào)整的一種策略。不同類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的對(duì)齊要求不同，例如：

int8 類型的變量通常對(duì)齊到 1 字節(jié)邊界。
int32 類型的變量通常對(duì)齊到 4 字節(jié)邊界。
指針（如 string）通常對(duì)齊到 8 字節(jié)邊界。

為了滿足這些對(duì)齊要求，編譯器可能會(huì)在結(jié)構(gòu)體的字段之間插入一些“填充”字節(jié)，從而確保每個(gè)字段都能正確對(duì)齊。

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存布局解析

讓我們深入分析一下 A 和 B 兩個(gè)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存布局，看看編譯器是如何為它們分配內(nèi)存的。

結(jié)構(gòu)體 A 的內(nèi)存布局

| a (int8) | b (int8) | padding (2 bytes) | c (int32) | d (string, 8 bytes) | e (string, 8 bytes) |

a 和 b 是 int8 類型，各占 1 字節(jié)。
c 是 int32 類型，需要 4 字節(jié)對(duì)齊，b 后面會(huì)有 2 個(gè)填充字節(jié)。
d 和 e 是 string 類型，各占 8 字節(jié)。

總大小為：1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 8 = 24 字節(jié)。

結(jié)構(gòu)體 B 的內(nèi)存布局

| a (int8) | padding (7 bytes) | e (string, 8 bytes) | c (int32) | padding (4 bytes) | b (int8) | padding (3 bytes) | d (string, 8 bytes) |

a 是 int8 類型，占 1 字節(jié)，后面有 7 個(gè)填充字節(jié)，以便 e 能夠?qū)R到 8 字節(jié)邊界。
c 是 int32 類型，需要 4 字節(jié)對(duì)齊，因此在 c 后面沒(méi)有填充。
b 是 int8 類型，需要填充 3 個(gè)字節(jié)來(lái)對(duì)齊到 d 的 8 字節(jié)邊界。

總大小為：1 + 7 + 8 + 4 + 4 + 1 + 3 + 8 = 36 字節(jié)。

請(qǐng)注意，Go 編譯器可能會(huì)將 d 和 e 視為 8 字節(jié)對(duì)齊類型（取決于系統(tǒng)和編譯器的實(shí)現(xiàn)），因此總大小可能是 48 字節(jié)。

如何優(yōu)化結(jié)構(gòu)體內(nèi)存布局

為了減少結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存占用，我們可以按照字段的對(duì)齊要求來(lái)重新排列字段。例如：

先聲明大的字段（如 string 和 int32），然后是小的字段（如 int8），可以減少內(nèi)存中的填充字節(jié)。

我們可以將 B 結(jié)構(gòu)體改成以下形式：

type OptimizedB struct {
    e string
    d string
    c int32
    a int8
    b int8
}

這樣可以減少內(nèi)存填充，從而優(yōu)化內(nèi)存占用。

總結(jié)

內(nèi)存對(duì)齊是編譯器優(yōu)化內(nèi)存訪問(wèn)速度的一個(gè)重要策略。雖然它對(duì)大多數(shù)應(yīng)用程序的影響可能較小，但在高性能場(chǎng)景或內(nèi)存受限的環(huán)境中，理解并優(yōu)化內(nèi)存對(duì)齊可能會(huì)帶來(lái)顯著的性能提升。

在 Go 語(yǔ)言中，了解結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則，合理排列結(jié)構(gòu)體字段順序，不僅可以提高程序的性能，還能減少內(nèi)存的浪費(fèi)。這是一種簡(jiǎn)單而有效的優(yōu)化手段，希望大家在以后的編程實(shí)踐中能夠靈活運(yùn)用。

到此這篇關(guān)于一文探索Go語(yǔ)言中的內(nèi)存對(duì)齊的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go內(nèi)存對(duì)齊內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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