數制和編碼 大小端模式和邊界對齊

2021-09-25 13:39:32 字數 1310 閱讀 3414

計算機的位元組順序模式分為大端資料模式和小端資料模式,它們是根據資料在記憶體中的儲存方式來區分的。其中,大端和小端和計算機的字長沒有關係,而是固有的特性。

舉乙個例子,比如數字0x12 34 56 78在記憶體中的表示形式為:

(1)大端模式(正序):

低位址 -----------------> 高位址

0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

(2)小端模式(逆序):

低位址 ------------------> 高位址

0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12

(3)下面是兩個具體例子:

記憶體位址

小端模式存放內容

大端模式存放內容

0x4000

0x34

0x12

0x4001

0x12

0x34

32bit寬的數0x12345678在little-endian模式以及big-endian模式)cpu記憶體中的存放方式(假設從位址0x4000開始存放)為:

記憶體位址

小端模式存放內容

大端模式存放內容

0x4000

0x78

0x12

0x4001

0x56

0x34

0x4002

0x34

0x56

0x4003

0x12

0x78

記憶體對齊,也叫邊界對齊(boundary alignment),是處理器為了提高處理效能而對訪問資料的起始位址所提出的一種要求。編譯器為了使我們編寫的c程式更有效,就必須最大限度地滿足處理器對邊界對齊的要求。

要求如下,即對於存放某長度為 m 位元組的資料,存放首位址需為 m 位元組的整數倍,同時,結構體整體的大小是最大成員長度的整數倍。

從處理器的角度來看,需要盡可能減少對記憶體的訪問次數以實現對資料結構進行更加高效的操作。為什麼呢?因為儘管處理器包含了快取,但它在處理資料時還得讀取快取中的資料,讀取快取的次數當然是越少越好!

如上圖所示,在採用邊界對齊的情況下,當處理器需要訪問 a_ 變數和 b_ 變數時都只需進行一次訪問(圖中花括號表示一次訪問操作)。若不採用邊界對齊,a_ 變數只要一次處理器操作,而 b_ 變數卻至少要進行兩次操作。對於 b_,處理器還得呼叫更多指令將其合成乙個完整的 4 位元組,這樣無疑大大降低了程式效率。

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