在 Go 語言中，記憶體對齊是一個經常被忽略但非常重要的概念。理解記憶體對齊不僅可以幫助我們寫出更高效的程式碼，還能避免一些潛在的效能陷阱。
在這篇文章中，我們將透過一個簡單的例子來探討 Go 語言中的記憶體對齊機制，以及為什麼相似的結構體在記憶體中會佔用不同的大小。
示例程式碼
我們先來看一段程式碼：
package memory_alignment
import (
"fmt"
"unsafe"
)
type A struct {
a int8
b int8
c int32
d string
e string
}
type B struct {
a int8
e string
c int32
b int8
d string
}
func Run() {
var a A
var b B
fmt.Printf("a size: %v \n", unsafe.Sizeof(a))
fmt.Printf("b size: %v \n", unsafe.Sizeof(b))
// a size: 40
// b size: 48
}在這個例子中，我們定義了兩個結構體 A 和 B。它們的欄位基本相同，只是排列順序不同。然後，我們使用 unsafe.Sizeof 來檢視這兩個結構體在記憶體中的大小。
結果卻令人驚訝：結構體 A 的大小是 40 位元組，而結構體 B 的大小是 48 位元組。為什麼會出現這樣的差異呢？這就是我們今天要討論的記憶體對齊的作用。
記憶體對齊概念
記憶體對齊是指編譯器為了最佳化記憶體訪問速度，而對資料在記憶體中的位置進行調整的一種策略。不同型別的資料在記憶體中的對齊要求不同，例如：
int8型別的變數通常對齊到 1 位元組邊界。int32型別的變數通常對齊到 4 位元組邊界。- 指標（如
string）通常對齊到 8 位元組邊界。
為了滿足這些對齊要求，編譯器可能會在結構體的欄位之間插入一些“填充”位元組，從而確保每個欄位都能正確對齊。
結構體記憶體佈局解析
讓我們深入分析一下 A 和 B 兩個結構體的記憶體佈局，看看編譯器是如何為它們分配記憶體的。
結構體 A 的記憶體佈局
| a (int8) | b (int8) | padding (2 bytes) | c (int32) | d (string, 8 bytes) | e (string, 8 bytes) |a和b是int8型別，各佔 1 位元組。c是int32型別，需要 4 位元組對齊，b後面會有 2 個填充位元組。d和e是string型別，各佔 8 位元組。
總大小為：1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 8 = 24 位元組。
結構體 B 的記憶體佈局
| a (int8) | padding (7 bytes) | e (string, 8 bytes) | c (int32) | padding (4 bytes) | b (int8) | padding (3 bytes) | d (string, 8 bytes) |a是int8型別，佔 1 位元組，後面有 7 個填充位元組，以便e能夠對齊到 8 位元組邊界。c是int32型別，需要 4 位元組對齊，因此在c後面沒有填充。b是int8型別，需要填充 3 個位元組來對齊到d的 8 位元組邊界。
總大小為：1 + 7 + 8 + 4 + 4 + 1 + 3 + 8 = 36 位元組。
請注意，Go 編譯器可能會將 d 和 e 視為 8 位元組對齊型別（取決於系統和編譯器的實現），因此總大小可能是 48 位元組。
如何最佳化結構體記憶體佈局
為了減少結構體的記憶體佔用，我們可以按照欄位的對齊要求來重新排列欄位。例如：
- 先宣告大的欄位（如
string和int32），然後是小的欄位（如int8），可以減少記憶體中的填充位元組。
我們可以將 B 結構體改成以下形式：
type OptimizedB struct {
e string
d string
c int32
a int8
b int8
}這樣可以減少記憶體填充，從而最佳化記憶體佔用。
總結
記憶體對齊是編譯器最佳化記憶體訪問速度的一個重要策略。雖然它對大多數應用程式的影響可能較小，但在高效能場景或記憶體受限的環境中，理解並最佳化記憶體對齊可能會帶來顯著的效能提升。
在 Go 語言中，瞭解結構體的記憶體對齊規則，合理排列結構體欄位順序，不僅可以提高程式的效能，還能減少記憶體的浪費。這是一種簡單而有效的最佳化手段，希望大家在以後的程式設計實踐中能夠靈活運用。