1. 内存对齐的概念和原理
- 概念：内存对齐是一种将数据成员在内存中按照特定规则排列的机制，目的是提高内存访问效率和保证平台兼容性。在C++中，每个数据类型都有其自身的对齐要求，即该类型数据在内存中存放的起始地址必须是该类型大小的整数倍。
- 原理：现代计算机系统中，内存是以字节为单位进行编址的。然而，CPU在访问内存时，通常不是以单个字节为单位进行读取，而是以一定的块大小（如4字节、8字节等）进行操作。如果数据存储的地址符合CPU的访问模式（即对齐要求），CPU可以在一次访问中获取数据，否则可能需要多次访问，这会降低访问效率。此外，某些硬件平台对数据的对齐有严格要求，不满足对齐要求可能导致程序运行错误。
2. 对数据存储和访问效率的影响
- 数据存储：由于内存对齐，结构体或类中的数据成员之间可能会存在一些填充字节，这会导致结构体占用的内存空间比其成员变量实际所需空间大。例如，一个包含一个
char（1字节）和一个int（4字节）的结构体，若不进行对齐优化，理论上只需要5字节，但由于对齐要求，实际占用8字节（char占用1字节，后面填充3字节，int占用4字节）。
- 访问效率：当数据按照对齐规则存储时，CPU可以高效地访问数据，减少内存访问次数。例如，对于一个4字节的
int类型变量，如果它存储在4字节对齐的地址上，CPU可以一次读取该int数据；若未对齐，可能需要两次读取并进行额外的处理，从而降低访问效率。
3. 优化内存占用和提高访问性能的策略及代码示例
// 未优化的结构体
struct Unoptimized {
char a; // 1字节
int b; // 4字节
short c; // 2字节
};
// 优化后的结构体
struct Optimized {
char a; // 1字节
short c; // 2字节，与a凑齐3字节，再填充1字节达到4字节对齐
int b; // 4字节，4字节对齐
};
- 分析：在
Unoptimized结构体中，a占用1字节，然后由于b是int类型，需要4字节对齐，所以在a后面填充3字节，b占用4字节，接着c是short类型，需要2字节对齐，b之后无需填充，c占用2字节，总共占用1 + 3 + 4 + 2 = 10字节。
而在Optimized结构体中，a占用1字节，c占用2字节，此时共占用3字节，为了满足b（int类型，4字节对齐）的对齐要求，在c后填充1字节，b占用4字节，总共占用1 + 2 + 1 + 4 = 8字节。通过调整成员变量的顺序，Optimized结构体减少了内存占用，同时由于数据都满足对齐要求，访问性能也得到提高。此外，还可以使用#pragma pack(n)指令来指定结构体的对齐方式，n为指定的对齐字节数，如#pragma pack(1)可取消对齐优化，按1字节对齐，此时结构体占用空间为各成员变量大小之和，但可能会降低访问效率。不过在某些对空间要求极高且对性能要求不苛刻的场景下可以使用。
