记得以前曾经两次谈到过内存对齐话题，一次在'也谈内存对齐'一文中，另一次则是'也谈内存对齐(续)'，今天下午和同事又谈到内存对齐的问题了，遂想继续挖掘下去，看看其背后的故事。

关于内存对齐的中文文章多在介绍对齐的'法则'，比如为什么sizeof(T)和我们估计的T的大小有出入呢等等，而对于内存对齐的本质少有介绍，我在Google上搜索了一阵后，在IBM开发社区上发现一篇叫'Data alignment: Straighten up and fly right'的文章，其中就有我想知道的关于'内存对齐背后的故事'，下面的很多内容都是来自那篇文章的。

很多书籍中都讲到：内存可以看成一个byte数组，我们通过编程语言提供的工具对这个'大数组'中的每个元素进行读写，比如在C中我们可以用指针一次读写一个或者更多个字节，这是我们一般程序员眼中的内存样子。但是从机器角度更具体的说从CPU角度看呢，CPU发出的指令是一个字节一个字节读写内存吗？答案是'否'。CPU是按照'块(chunk)'来读写内存的，块的大小可以是2bytes, 4bytes, 8bytes, 16bytes甚至是32bytes. 这个CPU访问内存采用的块的大小，我们可以称为'内存访问粒度'。

程序员眼中的内存样子：

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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F  (地址)

CPU眼中的内存样子：(以粒度＝4为例)
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 0 1 2 3     4 5 6 7     8 9 A B     C D E F  (地址)

有了上面的概念，我们来看看粒度对CPU访问内存的影响。

假设这里我们需要的数据分别存储于地址0和地址1起始的连续4个字节的存储器中，我们目的是分别读取这些数据到一个4字节的寄存器中，

如果'内存访问粒度'为1，CPU从地址0开始读取，需要4次访问才能将4个字节读到寄存器中；
同样如果'内存访问粒度'为1，CPU从地址1开始读取，也需要4次访问才能将4个字节读到寄存器中；而且对于这种理想中的''内存访问粒度'为1的CPU，所有地址都是'aligned address'。

如果'内存访问粒度'为2，CPU从地址0开始读取，需要2次访问才能将4个字节读到寄存器中；每次访存都能从'aligned address'起始。
如果'内存访问粒度'为2，CPU从地址1开始读取，相当于内存中数据分布在1,2,3,4三个地址上，由于1不是'aligned address'，所以这时CPU要做些其他工作，由于这四个字节分步在三个chunk上，所以CPU需要进行三次访存操作，第一次读取chunk1(即地址0,1上两个字节，而且仅仅地址1上的数据有用)，第二次读取chunk2(即地址2,3上两个字节，这两个地址上的数据都有用)，最后一次读取chunk3(即地址5,6上两个字节，而且仅仅地址5上的数据有用)，最后CPU会将读取的有用的数据做merge操作，然后放到寄存器中。

同理可以推断如果'内存访问粒度'为4，那么从地址1开始读取，需要2次访问，访问后得到的结果merge后放到寄存器中。

是不是所有的CPU都会帮你这么做呢，当然不是。有些厂商的CPU发现你访问unaligned address，就会报错，或者打开调试器或者dump core，比如sun sparc solaris绝对不会容忍你访问unaligned address，都会以一个core结束你的程序的执行。所以一般编译器都会在编译时做相应的优化以保证程序运行时所有数据都是存储在'aligned address'上的，这就是内存对齐的由来。

我们可以指定按照何种粒度访问特定内存块儿：其中void *T为指向特定内存块的地址指针
char *p = (char*)T；每次操作一个字节
short *p = (short*)T；每次操作两个字节
int *p = (int*)T；每次操作4个字节
以此类推。

在'Data alignment: Straighten up and fly right'这篇文章中作者还得出一个结论那就是："如果访问的地址是unaligned的，那么采用大粒度访问内存有可能比小粒度访问内存还要慢"。

我的姥爷，祖籍江苏扬州，中等身材，年轻的时候用现在的话说是一个’帅哥’级人物，家里算是有钱人，但不是地主，是那种雇得起其他工人的家庭，听我姥姥说当年我姥爷的父亲很严厉，家教也很严格，姥爷从小读书，毛笔字和算盘都很棒。在解放后随单位到了东北，从此安家东北。

姥爷虽在东北待了几十年，仍然有很浓重的南方口音，而且说快的时候外人估计就听不懂了。我从小是我姥姥和姥爷带大的，所以姥爷说什么我都听得懂，记得GF到我姥爷家串门的时候，我就在一旁做翻译。

姥爷在铁路工作，经常不在家；退休后在市委办公大院里做打更的，有时候夜班，也就少回来。姥爷在单位人缘好，包括领导们也都很尊敬他，那时候利用姥爷的’职务’之便，我们经常到市委的浴池洗澡，便宜而且环境好。

姥爷爱时髦，别看姥爷岁数大了，丝毫不影响他爱打扮的作风，也许收到家庭的影响。姥爷中等身材，穿衣服很好看。平时喜欢穿西服，穿深色衣服，穿皮鞋，带礼帽，系围巾，在同龄老头里面算是很注意外表的了。

姥爷爱喝酒，但从没有看到姥爷喝多过。姥爷喜欢人多，姥姥家每天人多的时候姥爷总要喝点，但绝对不多，平时以啤酒为主，白酒也都是好酒。姥爷不缺酒，在储物的那间屋子里最多的就是装酒的盒子了。

姥爷爱骑车，在我的印象里特别是退休后，总离不开他那一代又一代的车子，修理维护车子的费用都可以买几辆新车了。甚至在大冬天的时候路面结冰的时候，姥爷还骑着他的车呢，那时他都是70岁的人了。最后还是在儿子的强力阻拦下把车子暂存到车库。

姥爷爱睡觉，姥姥总说他一天到晚的睡，姥爷是个心宽的人，所以无论在什么样嘈杂的环境(孩子们总把电视声音调的很大)下姥爷都睡得香甜。

姥爷是个喜欢小孩子的人，记得小的时候每到过年过节他就带着当时我们这帮小孩子一起去市中心的广场照相。现在相册里最多的就是姥爷和我们这些小孩子的合影了。

姥爷是一个粗心而且’不会’办事的人，姥姥总埋怨他不会修理这不会修理那，甚至买菜都比别人贵。记得有一次姥姥刚买的蔬菜就放在客厅的一个角落里，姥爷倒垃圾时随手捡起就扔了，事后姥爷还笑着不承认。

姥爷爱放鞭炮，每年都是放鞭炮的主力，前年春节的时候因为放二踢脚弄伤了手，缝了近10针，一边挂点滴，一边还嘟哝着回去还要继续放。

姥爷烧的一手好菜，拌凉菜，烧鱼是姥爷的看家本领，在我们这一大家子里除了姥姥估计没人能比了，这也是我们大家里公认的。特别是在姥姥岁数大，腿有点无力时姥爷每天都做菜。

姥爷很有力气，小时候那时姥姥家住平房，需要自己买媒烧炉子，姥爷都是一个人把成顿的煤从外面挪到院子里。

姥爷喜欢和姥姥打扑克，打扑克可是老两口每天的重头戏，老两口有很多付扑克，都是我们小孩子玩后剩下的。他们每天都玩上1~2个小时，玩赢扑克牌的。老两口玩的津津有味，让我们这些年轻人看着都羡慕。我姥姥是姥爷家的童养媳，他们在一起都近70年了。

姥爷爱打麻将，但是别人都不和他玩，嫌他打牌慢，还总诈胡。

姥爷兜里没有钱，钱都控制在姥姥手里，不过他仍然很高兴。孩子们都不向他要钱，大家都知道姥爷兜里没钱。

姥爷爱听收音机，每天都听，也不知道他在听什么，不过姥姥总嫌他开收音机的声音过大，总说他，姥爷唯一能做的就是把声音关小。

姥爷怕热，每到夏天的时候，总把电风扇总开到最大档，姥姥怕他吹凉了，趁他不备就把风速调小。姥爷没办法就找了把扇子，一遍吹着电扇一遍扇着扇子。

姥爷很想家乡，每当谈及扬州时，姥爷总说：“有机会和你姥姥一起回扬州看看去”，从他的眼神中也看得出来。姥爷的兄弟还分布在江苏，上海一带，而且儿女都已经长大，并且也都在江苏。

姥爷是个对新东西好奇的人，每每在我们年轻人身上出现什么新鲜的东西，他都要问问：这是什么东西。

姥爷就是这样一个与世无争的平凡的人，今天获悉姥爷得了很严重的病，这里希望姥爷他老人家能早日康复。