golang 内存对齐

转，原文：https://www.jianshu.com/p/29ac532e7c96

type SizeOfE struct {
    A byte  // 1
    C byte  // 1
    B int64 // 8    
}

内存分布图：

package main

import (
  "log"
  "unsafe"
)

func main() {
  type pgid int64
  type page struct {
    id       pgid
    ptr      uintptr
    flags    uint16
    count    uint16
    overflow uint32
  }
  log.Println(int(unsafe.Sizeof(((*page)(nil)).id)))
  log.Println(int(unsafe.Sizeof(((*page)(nil)).flags)))
  log.Println(int(unsafe.Sizeof(((*page)(nil)).count)))
  log.Println(int(unsafe.Sizeof(((*page)(nil)).overflow)))
  log.Println(int(unsafe.Offsetof(((*page)(nil)).ptr)))
}

https://www.jianshu.com/p/49f7e6f56568?utm_source=desktop&utm_medium=timeline

----------------------------------

如何得到一个对象所占内存大小？

fmt.Println(unsafe.Sizeof(int64(0))) // "8"

type SizeOfA struct {
    A int
}
unsafe.Sizeof(SizeOfA{0}) // 8

type SizeOfC struct {
    A byte  // 1字节
    C int32 // 4字节
}
unsafe.Sizeof(SizeOfC{0, 0})    // 8
unsafe.Alignof(SizeOfC{0, 0}) // 4
结构体中A byte占1字节，C int32占4字节. SizeOfC占8字节

内存对齐：

为何会有内存对齐？1.并不是所有硬件平台都能访问任意地址上的任意数据。2.性能原因访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问，而对齐的内存只需访问一次。
上面代码SizeOfC中元素一共5个字节，而实际结构体占8字节
是因为这个结构体的对齐倍数Alignof(SizeOfC) = 4.也就是说，结构体占的实际大小必须是4的倍数，也就是8字节。

type SizeOfD struct {
    A byte
    B [5]int32
}
unsafe.Sizeof(SizeOfD{})   // 24
unsafe.Alignof(SizeOfD{})  // 4

Alignof返回的对齐数是结构体中最大元素所占的内存数，不超过8，如果元素是数组那么取数组类型所占的内存值而不是整个数组的值

type SizeOfE struct {
    A byte  // 1
    B int64 // 8
    C byte  // 1
}
unsafe.Sizeof(SizeOfE{})    // 24
unsafe.Alignof(SizeOfE{}) // 8

SizeOfE中，元素的大小分别为1,8,1，但是实际结构体占24字节，远超元素实际大小，因为内存对齐原因，最开始分配的8字节中包含了1字节的A，剩余的7字节不足以放下B，又为B分配了8字节，剩余的C独占再分配的8字节。

type SizeOfE struct {
    A byte  // 1
    C byte  // 1
    B int64 // 8    
}
unsafe.Sizeof(SizeOfE{})    // 16
unsafe.Alignof(SizeOfE{}) // 8

换一种写法，把A，C放到上面，B放到下面。这时SizeOfE占用的内存变为了16字节。因为首先分配的8字节足以放下A和C，省去了8字节的空间。
上面一个结构体中元素的不同顺序足以导致内存分配的巨大差异。前一种写法产生了很多的内存空洞，导致结构体不够紧凑，造成内存浪费。

下面我们来看一下结构体中元素的内存布局：

unsafe.Offsetof：返回结构体中元素所在内存的偏移量

type SizeOfF struct {
    A byte
    C int16
    B int64
    D int32
}
unsafe.Offsetof(SizeOfF{}.A) // 0
unsafe.Offsetof(SizeOfF{}.C) // 2
unsafe.Offsetof(SizeOfF{}.B) // 8
unsafe.Offsetof(SizeOfF{}.D) // 16

下图为内存分布图：

SizeOfF 内存布局图

蓝色区域是元素实际所占内存，灰色为内存空洞。

下面总结一下go语言中各种类型所占内存大小（x64环境下）：

X64下1机器字节=8字节

Golang内置类型占用内存大小

---------------------

Alignof 函数

Alignof返回一个类型的对齐值，也可以叫做对齐系数或者对齐倍数。对齐值是一个和内存对齐有关的值，合理的内存对齐可以提高内存读写的性能。

func main() {
    var b bool
    var i8 int8
    var i16 int16
    var i64 int64

    var f32 float32

    var s string

    var m map[string]string

    var p *int32

    fmt.Println(unsafe.Alignof(b))   // 1
    fmt.Println(unsafe.Alignof(i8))  // 1
    fmt.Println(unsafe.Alignof(i16)) // 2
    fmt.Println(unsafe.Alignof(i64)) // 8
    fmt.Println(unsafe.Alignof(f32)) // 4
    fmt.Println(unsafe.Alignof(s))   // 8
    fmt.Println(unsafe.Alignof(m))   // 8
    fmt.Println(unsafe.Alignof(p))   // 8
}

从以上例子的输出，可以看到，对齐值一般是2^n,最大不会超过8（原因见下面的内存对齐规则）。Alignof的函数定义和Sizeof基本上一样。这里需要注意的是每个人的电脑运行的结果可能不一样，大同小异。

func Alignof(x ArbitraryType) uintptr

获取对齐值还可以使用反射包的函数，也就是说：unsafe.Alignof(x)等价于reflect.TypeOf(x).Align()。

作者：Gopherzhang
链接：https://www.jianshu.com/p/49f7e6f56568
来源：简书
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。