为什么32位系统4字节对齐效率最高？

[嘤鸣求友]

大家都知道内存的数据对齐吧？
但是为什么32位系统4字节对齐效率最高？可能有人会说“地址总线总是按照对齐后的地址来访问的，访问效率会高很多”
但这是编译器层面的，我想了解究竟是底层什么机制导致这个结果？
还有如果必须按4字节对齐来访问内存， 那么32位系统只需要30根地址总线就够了，为什么还是32根？
望各位前辈指点迷津……

[嘤鸣求友]

引用 1 楼 mymtom 的回复:

简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345670 如果不按4字节对齐 那么bar.n的地址就是0x12345672, 也就是下面的黑体部分 0x12345670 a0 a1 a2 a3 0x12345674 b0 b1 b2 b3 为了取到n的值……

那么，这个有没有限制呢？是不是cpu设计时必须按机器字对齐寻址？

[嘤鸣求友]

引用 2 楼 turingo 的回复:

++，另外4个字节为4x8=32，何来30根地址总线？再说也是32位的数据总线，指的是位宽而不是地址。 引用 1 楼 mymtom 的回复: 简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345670 如果不按4字节对齐 那么bar.n的地址就是0x12……

是不是cpu设计时必须按机器字对齐寻址？ 有位网友告诉我： 2的20次方乘以4 = 2的32次方 这样理解对不对？

[图灵狗]

32位CPU处理的最小单位就是32位的数据，而数据存放在MEMORY，你如果不按照4字节对齐的话，那么数据会跨越几个存储单元，这样显然增加了处理的次数，而降低了效率。

引用 6 楼 weiran2009 的回复:

引用 2 楼 turingo 的回复:++，另外4个字节为4x8=32，何来30根地址总线？再说也是32位的数据总线，指的是位宽而不是地址。 引用 1 楼 mymtom 的回复: 简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345……

[嘤鸣求友]

引用 3 楼 ckc 的回复:

并不是必须，而是对齐了速度比较快 这个应该是cpu设计时决定的，比如对齐了可以一次取出4个字节，如果没对齐需要取两次，这样速度就慢了 另外这个并不能减少地址总线根数，因为还是有取单一数据的需求

我在想，数据对齐固然速度快，但是要是搞 嵌入式 单片机什么的，这样做的代价不就是浪费内存空间吗？计算机内存足够大，但万一 单一芯片内存不够怎么办？

[图灵狗]

任何事情都应该抓住主要茅盾，一般情况下你无需去理会对不对齐的问题，只有必须考虑速度因素的，或者是某些地方芯片要求必须对齐，然后再作相应的处理即可。

引用 8 楼 weiran2009 的回复:

引用 3 楼 ckc 的回复:并不是必须，而是对齐了速度比较快 这个应该是cpu设计时决定的，比如对齐了可以一次取出4个字节，如果没对齐需要取两次，这样速度就慢了 另外这个并不能减少地址总线根数，因为还是有取单一数据的需求 我在想，数据对齐固然速度快，但是要是搞 嵌入式 单片机什么的，这样做的代价不就是浪费内存空间吗？计算机内存足够大，但万一 单一芯片内存不够怎么办……

[mymtom]

简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345670 如果不按4字节对齐 那么bar.n的地址就是0x12345672, 也就是下面的黑体部分 0x12345670 a0 a1 a2 a3 0x12345674 b0 b1 b2 b3 为了取到n的值就需要访问两次内存,一次访问0x12345670,一次访问0x12345674 然后把两个int值组合在一起，a2 a3 b0 b1

[图灵狗]

++，另外4个字节为4x8=32，何来30根地址总线？再说也是32位的数据总线，指的是位宽而不是地址。

引用 1 楼 mymtom 的回复:

简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345670 如果不按4字节对齐 那么bar.n的地址就是0x12345672, 也就是下面的黑体部分 0x12345670 a0 a1 a2 a3 0x12345674 b0 b1 b……

[ckc]

并不是必须，而是对齐了速度比较快 这个应该是cpu设计时决定的，比如对齐了可以一次取出4个字节，如果没对齐需要取两次，这样速度就慢了 另外这个并不能减少地址总线根数，因为还是有取单一数据的需求

[赵4老师]

地址总线

[wanglu343280746]

引用 6 楼 weiran2009 的回复:

引用 2 楼 turingo 的回复: ++，另外4个字节为4x8=32，何来30根地址总线？再说也是32位的数据总线，指的是位宽而不是地址。 引用 1 楼 mymtom 的回复: 简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345670 如果不按4字……

2的30次方乘以4，不是20次方

[Binzo]

4*8 = 32. 1bytes = 8bit.

[mujiok2003]

32位CPU的地址总线32根，寄存器是32位的。

[从此无她不见月]

引用 12 楼 mujiok2003 的回复:

32位CPU的地址总线32根，寄存器是32位的。

[jf364479726]

引用 1 楼 mymtom 的回复:

简单来说吧 比如这么一个结构体 struct foo { short s; int n; }; struct foo bar; 假设bar的地址是0x12345670 如果不按4字节对齐 那么bar.n的地址就是0x12345672, 也就是下面的黑体部分 0x12345670 a0 a1 a2 a3 0x12345674 b0 b1 b……

啊，抱歉错了，点成丢板砖了。。 其实我是想问一下，cache line的存在应该会很大程度上减小这种不对齐造成的性能损失的吧？