我們通常將內(nèi)存設(shè)想為單字節(jié)存儲(chǔ)位置的集合。每個(gè)位置都有一個(gè)唯一的地址，允許我們?cè)L問(wèn)該地址的數(shù)據(jù)。但是，處理器通常以大于一個(gè)字節(jié)的塊形式訪問(wèn)內(nèi)存。例如，處理器可以以四字節(jié)塊的形式訪問(wèn)內(nèi)存。

你可能想知道這兩種處理內(nèi)存的方式之間有什么區(qū)別。處理器一次讀取一個(gè)字節(jié)并向內(nèi)存寫入。請(qǐng)注意，在讀取內(nèi)存位置或?qū)懭雰?nèi)存之前，我們需要訪問(wèn)該內(nèi)存單元，并且每次內(nèi)存訪問(wèn)都需要一些時(shí)間。假設(shè)我們想要讀取圖1中存儲(chǔ)器的前八個(gè)字節(jié)。對(duì)于每個(gè)字節(jié)，處理器需要訪問(wèn)內(nèi)存并讀取它。因此，為了讀取前八個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，處理器將必須訪問(wèn)內(nèi)存八次。

處理器一次讀取4個(gè)字節(jié)并將其寫入內(nèi)存。因此，為了讀取前四個(gè)字節(jié)，處理器訪問(wèn)存儲(chǔ)器的地址0并讀取四個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)位置（地址0到3）。同樣，要讀取下一個(gè)四字節(jié)塊，處理器需要再次訪問(wèn)內(nèi)存。它轉(zhuǎn)到地址4并同時(shí)從地址4到7讀取存儲(chǔ)位置。

對(duì)于字節(jié)大小的塊，需要8次內(nèi)存訪問(wèn)來(lái)讀取連續(xù)8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。只需要兩次內(nèi)存訪問(wèn)。如上所述，每次內(nèi)存訪問(wèn)都需要一些時(shí)間。存儲(chǔ)器配置減少了訪問(wèn)次數(shù)，因此可以提高處理效率。處理器在訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)使用的數(shù)據(jù)大小稱為內(nèi)存訪問(wèn)粒度。

硬件設(shè)計(jì)人員經(jīng)常采用另一種重要技術(shù)來(lái)提高處理系統(tǒng)的效率：它們限制處理器，使其只能在某些邊界訪問(wèn)內(nèi)存，處理器可能僅能夠在四字節(jié)邊界上。

這種邊界限制會(huì)使系統(tǒng)顯著提高效率嗎？仔細(xì)看看。假設(shè)我們需要讀取地址為3和4的內(nèi)存位置的內(nèi)容。如果處理器可以從任意地址開(kāi)始讀取一個(gè)四字節(jié)的塊，那么我們可以訪問(wèn)地址3并通過(guò)單個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)讀取兩個(gè)所需的內(nèi)存位置。但是，如上所述，處理器不能直接訪問(wèn)任意地址；相反，它只在某些邊界訪問(wèn)內(nèi)存。那么如果處理器只能訪問(wèn)四字節(jié)邊界，它將如何讀取地址3和4的內(nèi)容？

由于內(nèi)存訪問(wèn)邊界限制，處理器必須訪問(wèn)地址為0的內(nèi)存位置并讀取連續(xù)的四個(gè)字節(jié)（地址0到3）。接下來(lái)，它必須使用移位操作將地址3的內(nèi)容與其他三個(gè)字節(jié)（地址0到2）分開(kāi)。類似地，處理器可以訪問(wèn)地址4并從地址4到7讀取另一個(gè)四字節(jié)塊。最后，可以使用移位操作將所需字節(jié)（藍(lán)色矩形）與其他三個(gè)字節(jié)分開(kāi)。

如果沒(méi)有內(nèi)存訪問(wèn)邊界限制，可以用一個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)讀取地址3和地址4。但是，邊界限制迫使處理器兩次訪問(wèn)存儲(chǔ)器。那么，如果數(shù)據(jù)操作變得更加困難，為什么需要限制對(duì)某些邊界的內(nèi)存訪問(wèn)呢？?jī)?nèi)存訪問(wèn)邊界存在限制，因?yàn)閷?duì)地址進(jìn)行某些假設(shè)可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。例如，假設(shè)一個(gè)內(nèi)存塊中的所有字節(jié)都需要32位來(lái)尋址。如果將地址限制為四字節(jié)邊界，那么32位地址中的兩個(gè)最低有效位將始終為零（因?yàn)榈刂肥冀K可以被4整除）。因此，我們可以使用30位來(lái)尋址一個(gè)232字節(jié)的內(nèi)存。

例如，考慮一個(gè)具有四字節(jié)內(nèi)存訪問(wèn)粒度的處理器，它只能以四字節(jié)邊界訪問(wèn)內(nèi)存。假設(shè)一個(gè)四字節(jié)變量存儲(chǔ)在地址1，在這種情況下，我們需要兩次內(nèi)存訪問(wèn)和一些額外的工作來(lái)讀取未對(duì)齊的四字節(jié)數(shù)據(jù)（“未對(duì)齊”指它被分成兩個(gè)四字節(jié)塊）。

但是，如果將一個(gè)四字節(jié)變量存儲(chǔ)在4的倍數(shù)的任何地址，只需要一個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)來(lái)修改數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)。所以將K字節(jié)數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)在K的倍數(shù)的地址可以提高系統(tǒng)的效率。因此，C語(yǔ)言“char” 變量（只需要一個(gè)字節(jié)）可以存儲(chǔ)在任何字節(jié)地址，但是一個(gè)雙字節(jié)變量必須存儲(chǔ)在偶數(shù)地址中。

四字節(jié)類型必須從可被4整除的地址開(kāi)始，并且八字節(jié)數(shù)據(jù)類型必須存儲(chǔ)在可被8整除的地址。例如，假設(shè)在特定機(jī)器上，“short”變量需要兩個(gè)字節(jié)，“int ”和“float” 類型占用四個(gè)字節(jié)，“l(fā)ong ”、“double”指針占用八個(gè)字節(jié)。這些數(shù)據(jù)類型中的每一種通常應(yīng)具有K的倍數(shù)的地址，其中K由下表給出。

請(qǐng)注意，不同數(shù)據(jù)類型的大小可能因編譯器和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不同而不同。sizeof（）運(yùn)算符是查找數(shù)據(jù)類型實(shí)際大小的最佳方法。

我們知道將分配四個(gè)內(nèi)存位置來(lái)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中的成員，并且內(nèi)存位置的順序?qū)⑴c聲明成員的順序相匹配。第一個(gè)成員是一個(gè)單字節(jié)變量，可以存儲(chǔ)在任何地址。因此，第一個(gè)可用存儲(chǔ)位置將分配給此變量。編譯器為此變量分配地址0。下一個(gè)成員是一個(gè)四字節(jié)數(shù)據(jù)類型，只能存儲(chǔ)在4的倍數(shù)地址。第一個(gè)可用的存儲(chǔ)位置是地址4。但是，這需要不使用地址1、2和3。如你所見(jiàn)，數(shù)據(jù)對(duì)齊要求會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存布局中出現(xiàn)一些浪費(fèi)空間（或填充）。

下一個(gè)成員是e，它是一個(gè)單字節(jié)變量。第一個(gè)可用的存儲(chǔ)位置分配給此變量。接下來(lái)，我們到達(dá)f，這是一個(gè)雙字節(jié)變量。它可以存儲(chǔ)在可被2整除的地址。第一個(gè)可用空間是地址10。如你所見(jiàn)，為了滿足數(shù)據(jù)對(duì)齊要求，將出現(xiàn)更多的填充。