なぜデータ構造のアライメントを優先しますか？

Question

構造体の各メンバの型は、通常、デフォルトの整列を持っています。つまり、構造体メンバは、あらかじめ決められた境界に整列しています。

struct MixedData 
{ 
    char Data1; 
    short Data2; 
    int Data3; 
    char Data4; 
}; 



struct MixedData /* After compilation in 32-bit x86 machine */ 
{ 
    char Data1; /* 1 byte */ 
    /* 1 byte for the following 'short' to be aligned on a 2 byte boundary 
assuming that the address where structure begins is an even number */ 
    char Padding1[1]; 
    short Data2; /* 2 bytes */ 
    int Data3; /* 4 bytes - largest structure member */ 
    char Data4; /* 1 byte */ 
    char Padding2[3]; /* 3 bytes to make total size of the structure 12 bytes */ 
}; 

アライメントが保存されるべきこと（実用的な）理由は何ですか：パディングは以下のwikiの例で行われる。このため ？

Answer 1

通常、アラインされていない読み取りと書き込みでは、CPUがメモリから2つの隣接ワードを（1つではなく）フェッチし、指定された演算を適切に実行するためにビット演算を追加する必要があります。

x86のようなアーキテクチャによっては、パフォーマンス上の問題が発生します。他のアーキテクチャー（特にARM）は、例外を発生させるか（通常はユーザープロセスのためにSIGBUSシグナルを出力する）、またはアドレスを最も近い境界に "丸め"て、非常に厄介なバグを招く可能性があります。

Answer 2

多くのアーキテクチャでは、メインメモリとのアライメントと書き込みは、アライメントされていないものよりはるかに高速です。

Answer 3

通常、構造体はプロセッサ固有のアラインメントサイズを使用して、できるだけ早くそれらにアクセスするために、プロセッサに依存するアラインメントに整列されます。

32ビットプロセッサの場合は4バイト（または32ビット）、64ビットプロセッサの場合は8バイトです。

一部の（非x86）プロセッサは、正しい境界に揃えられていない場合にintにアクセスしようとすると、フォールトを生成します。

異なるデバイス間の通信は、アラインメントを維持する実用的な理由です。デフォルトのアラインメントでは、この構造体は24バイトの長さになりますが、64ビットのプロセッサーでは48バイトとなり、最初のものを除くすべての項目は同じ場所にありません。

通常、コンパイラ/プラグマディレクティブで構造体のパディングを変更することができます。これは、例で指定した手動パディングの必要性を否定する可能性がありますが、通常はコンパイラごとに異なります。