为什么连续的整型变量在内存中的间隔不是4个字节？

Question

我有以下 C++ 代码：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
   int varInt = 123456;
   string varString = "DefaultString";

   cout << "varInt (0x" << &varInt << ") = " << varInt << endl;
   cout << "varString (0x" << &varString << ") = " << varString << endl;
}

这是我的输出：

我的问题是：既然整数是 4 个字节，那么变量 varString 不应该在内存中与 varInt 相距 4 个字节吗？ IE。 varString 应位于 0x00000027 2B F7 F4 44

Answer 1

C++ 作为一种语言并不能保证堆栈变量（局部变量）的位置。因此，您的结果将根据操作系统、架构、编译器、优化设置的不同而有所不同...... 只要您不尝试获取它的地址，甚至不能保证整数变量位于任何地址，并且如果函数允许并且使用优化，则可以将其提升到寄存器中。

至于为什么字符串变量实际上会超过 4 个字节：对齐。编译器将尝试将变量放置在一个地址处，该地址是它们自然对齐的倍数。详细信息还取决于您的环境，但根据经验，x64 的对齐方式是 8 字节，任何大于或等于 8 字节的结构都将放置在此类对齐的地址处。您显示的“varString”地址的模数与 8 字节对齐，因为 (address % 8) == 0。如果将其放置在您建议的地址处，则不会给出该对齐。

我不是对齐技术细节方面的专家，但这样做主要是出于性能原因。我认为较旧的 CPU 甚至无法处理未对齐的地址，较新的 CPU 具有隐藏的惩罚，而在现代 CPU 上，我认为没有太大的惩罚，除非您在尝试访问值时跨越缓存行边界（当事物对齐时就不会发生这种情况）。 当我们讨论通过 XMM 处理的 16 字节类型时，情况有所不同，在这种情况下，对齐对于性能来说仍然非常必要（或者如果不保留，甚至可能在某些指令上出现段错误）。

所以底线是，编译器不会尝试保留尽可能多的空间，尤其是局部变量，而是尝试实现对齐。上次我检查时，MSVC 的调试版本甚至不会在释放局部变量后（即在 {} 中声明或不再使用时）尝试重用局部变量的空间，但如前所述，这是一切取决于实施。