Golang内存对齐

什么是内存对齐？

  编译器会将数据按照特定的规则，把数据安排到合适的存储地址上，并占用合适的地址长度
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为什么要内存对齐

  保证程序顺利高效的运行，可以让CPU快速从内存中存取到字段，避免资源浪费
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内存对齐规则

     1、起始的存储地址 必须是 内存对齐边界 的倍数。
     2、整体占用字节数 必须是 内存对齐边界 的倍数。

Tip：先声明两个概念 ↓ ↓
      内存对齐边界：结构体所有元素中，哪个元素占用的字节数大，那么这个元素占用的字节数就是内存对齐边界
      对齐边界：结构体中每个元素自己占用的字节数

通过下边的示例来理解内存对齐的规则

     首先我们定义一个结构体：

type S struct {
   A uint8     // byte:1
   B int32     // byte:4
   C int16     // byte:2
   D int64     // byte:8
   E [2]string // byte总和:32 -->string类型数组，总共2个元素，每个元素包含2部分内容：
   			   // 内容1：ptr，指向存放数据的地址，byte:8:  内容2：len，标识字符串长度的整数值，byte:8
   F struct{}  // zero size field
}
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步骤一：确定内存对齐边界

    统计出结构体中所有的元素分别占用的字节数，占用最大的字节数就是内存对齐边界，在这个示例中的内存对齐边界就是 8
    Tip：如果不知道怎样确定内存对齐边界，可以使用unsafe.Alignof()函数打印每个元素的对齐系数，打印中的最大值就是内存对齐边界：

func main() {
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.A))   // output: 1
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.B))  // output: 4
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.C))  // output: 2
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.D))  // output: 8
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.E))  // output: 8
	fmt.Println(unsafe.Alignof(S{}.F))  // output: 1
	
	fmt.Println(unsafe.Sizeof(S{}))		//可以直接打印出结构体所占用的字节数
}
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步骤二：确定起始存储地址
    内存对齐规则第一条：起始的存储地址 必须是 内存对齐边界 的倍数。也就是(起始地址addr)%(内存对齐边界)=0，在我们示例中起始地址就是addr%8=0，我们从0地址开始，为了方便看，我们先用图来展示地址存储分布图

起始地址为0，0%8=0，符合条件，那我们就从0开始存储数据

其中元素A占用1个字节，并且0%1=0，符合条件，第0个地址分配给A；
       元素B占用4个字节，从1个地址分配的话，1%4≠0，只有4%4=0，所以把第4-7个地址分配给B；
       以此类推······ 具体分配如下

  元素A：1个字节，占用第0个相对地址空间，      0%1 =0（起始地址为0，内存边界为1）
  元素B：4个字节，占用第4-7个相对地址空间，    4%4 =0（起始地址为4，内存边界为4）
  元素C：2个字节，占用第8-9个相对地址空间，    8%2 =0（起始地址为8，内存边界为2）
  元素D：8个字节，占用第16-23个相对地址空间，  16%8=0（起始地址为16，内存边界为8）
  元素E：8*2*2个字节，占用第24-31和32-39和40-47和48-55个相对地址空间，24%8=0...（起始地址为24，内存边界为8...）
  元素F：zero size field，占用第56个相对地址空间，	 56%1=0 (起始地址为56，内存边界为1）
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       最终内存在第56个相对地址空间分配完毕，但是我们的地址空间是从0开始计算的，所以目前来看结构体总共占用57个字节！

步骤三：确定结构体占用字节数

       我们在步骤二中排列出了结构体中元素的存放地址，整体元素占用57个字节，但是到这里还不算完事儿，因为我们还没有执行第二条的内存对齐规则–>整体占用字节数 必须是 内存对齐边界 的倍数。我们的内存对齐边界为8，而57不是8的倍数，所以我们需要扩张字节空间到8的倍数，延伸到64，也就是扩张到到图中的第63个相对地址空间。这个结构体占用的字节数为64字节！

内存空间优化

       通过上边的示例与图表我们不难看出，其中还有好多个地址空间被浪费掉了，这些没被利用的地址空间，go语言会进行padding操作来对这些空间进行填充，使这些空间变成合法的内存空间。

       我们再思考一下，如何才能减少地址空间的浪费呢？能不能通过重新排列元素的位置来合理的分配地址空间呢？
答案当然是肯定的，我们可以通过合理排列元素的定义顺序来减少地址空间的浪费。

       我们先看结论，下边是重新排列后的结构体：

type S1 struct {
	A uint8
	F struct{}
	C int16
	B int32
	D int64
	E [2]string
}
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       再看一下重新分配地址空间的图标：

       起始地址为0，0%8=0，符合条件，我们就从0开始存储数据

其中元素A占用1个字节，并且0%1=0，符合条件，第0个地址分配给A；
       元素F占用1个字节，1%1=0，符合条件，将第1个地址分配给B；
       以此类推······ 具体分配如下

  元素A：1个字节，占用第0个相对地址空间，      	0%1 =0（起始地址为0，内存边界为1）
  元素F：zero size field，占用第1个相对地址空间，1%1 =0（起始地址为1，内存边界为1）
  元素C：2个字节，占用第2-3个相对地址空间，	    2%2 =0（起始地址为2，内存边界为2）
  元素B：4个字节，占用第4-7个相对地址空间，	    4%4=0（起始地址为4，内存边界为4）
  元素D：8个字节，占用第8-15个相对地址空间，		8%8=0（起始地址为8，内存边界为8）
  元素E：8*2*2个字节，占用第16-23和24-31和32-39和40-47个相对地址空间，16%8=0... (起始地址为16，内存边界为8...）
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       最终内存在第47个相对地址空间分配完毕，但是我们的地址空间是从0开始计算的，所以目前来看结构体总共占用48个字节！并且48还是内存对齐边界值8的整数倍，所以结构体最终占用48个字节！

       我们可以很明显的看出来，在我们改变元素的定义顺序后，占用的字节空间从64字节减少到了48字节，内存空间得到了充分的优化！！！这也是一个结论所在，我们在结构体定义变量的时候，尽量将相同类型的变量定义在一起，将占用字节较少的变量类型放在一块。这也只是我个人的一个结论，其中内容有问题的话，欢迎大家进行指正！感谢您的阅读！