Então, basicamente, estou com dificuldade para entender o alinhamento de dados. Não entendo por que em uma arquitetura de 64 bits, por exemplo, é importante armazenar dados de 4 bytes em um múltiplo do endereço 0x0, 0x4, 0x8, 0xC. A busca da CPU começa em cada múltiplo do tamanho da palavra (que é 8 bytes aqui)? E por que dados de 2 bytes precisam ser armazenados nos endereços 0x0, 0x2, 0x4, 0x6, 0x8, 0xA, 0xC, 0xE? A CPU pode carregar em um clock dados de 2 bytes, mesmo se estiverem armazenados em 0x1... Então, por que eles deveriam estar no endereço 0x0, 0x2, 0x4, 0x6, 0x8, 0xA, 0xC, 0xE.
Além disso, se a linha de cache da CPU tiver, por exemplo, 64 bytes, por que devo me preocupar com o alinhamento de dados se os dados não se sobrepõem entre os endereços 0x...00 e 0x...40? É confuso...
Para um objeto de n bytes menor que o tamanho da palavra usada para acessar a memória, garantir que o objeto esteja alinhado a um múltiplo de n bytes garante que o objeto não ficará entre palavras (desde que n seja um fator do tamanho da palavra).
Suponha que uma máquina tenha uma interface de memória de oito bytes: Cada sequência alinhada de oito bytes pode ser lida da memória ou escrita na memória com uma única operação de transferência. Então, todos os oito bytes de 0 a 7 podem ser lidos da memória em uma transferência, todos os oito bytes de 8 a 15 podem ser lidos da memória em uma transferência, e assim por diante. Mas ler apenas os dois bytes 7 e 8 exigiria duas transferências, porque a arquitetura da máquina não pode ler apenas quaisquer oito bytes em uma transferência; ela pode ler apenas uma sequência de oito bytes começando em um múltiplo de oito.
Agora considere um tipo de objeto de quatro bytes, digamos
int. Quando alguém declara um array desses,int a[7];, o que acontece quandoacomeça no endereço 2? O objetoa[0]está nos bytes 2, 3, 4 e 5. O objetoa[1]está nos bytes 6, 7, 8 e 9. E assim por diante.a[0]pode ser lido em uma única transferência de memória. A CPU pode obter os bytes 0-7 em uma transferência e retirara[0]os bytes 2-5. No entanto,a[1]não pode ser lido em uma única transferência de memória. A CPU não pode ler os bytes 6, 7, 8 e 9 em uma transferência. Ela precisa emitir uma transferência para obter os bytes 0-7 e outra para obter os bytes 8-9.Quando exigimos que um tipo de objeto de quatro bytes tenha alinhamento de quatro bytes, evitamos isso. Então, o array
adeint a[7];não poderia começar no byte 2. Ele teria que começar no byte 0, 4, 8, 12 e assim por diante. Se, por exemplo, ele começar no byte 4, entãoa[0]está nos bytes 4-7, que estão dentro do conjunto de oito bytes 0-7.a[1]está em 8-11, que está dentro de 8-15.a[2]está em 12-15, que está dentro de 8-15. E assim, cada elemento deaestá dentro de um conjunto de oito bytes de bytes alinhados. Então, o acesso à memória será mais eficiente do que seanão estivesse alinhado em quatro bytes.