编译器如何重新排列变量以优化代码？

Question

因此，一般来说，如果我在c中声明了一些变量，然后打印出它们的内存地址，有时它们会与声明的顺序不一致。我的讲师似乎暗示这是为了优化代码，但是我看不出这有什么帮助。

我怀疑优化来自于尽可能紧密地对齐数据，但在这里我看到了两个问题。

• 重新排列对齐没有帮助，因为不管您如何重新排列变量，仍然会有相同数量的变量未对齐。如果对齐确实是他们所追求的，应该使用填充。
• ，如果按照定义，内存是“随机访问”，那么为什么对齐更重要呢？如果我在一个4字节字设备中从字节3读到字节7，它的性能如何差？

Answer 1

我将从你的第二个问题开始:内存真的是“随机访问”吗？现代硬件中的内存访问是相当复杂的，所以任何简单的答案都必须(过度)简化，但从本质上讲，它是这样的:内存是随机访问，任何内存单元都可以在任何时候读写，但一次只能读或写一个单元。这里的“单位”不仅仅是一个字节；它可能不仅仅是一个“单词”，但重要的是它们是不重叠的。因此，您可以读取任何单元，但您不能读取任何字节序列，除非它们都在同一个单元中。如果字节序列的一部分在一个单元中，其余的在下一个单元中，那么耀必须同时读取这两个单元。因为它是一次一个，这比读一个单元要花费更长的时间。

但这仍然是随机访问。它不像一个旋转的圆盘，在那里你必须等待你想要到达读头的数据。或者磁带驱动器，在获得所需数据之前，您可能需要将磁带卷或倒带相当长的距离。

很久以前，CPU组装字节序列的能力非常有限。例如，它可以在一个四字节字中取前两个字节，也可以取最后两个字节，但不能取中间两个字节。如果您需要中间的两个字节，您必须读取所有四个字节，然后移位和掩码以获得您感兴趣的位。如今，我们知道如何在芯片上获得更多的电路，并且从内存单元复制任何连续的字节通常都是有效的。单位本身也有所扩大。所以对齐不像过去那么重要了。但这仍然很重要，因为读取一个连续两个单元的序列仍然需要两个访问，一个接一个。

而且，并不是所有的CPU都这么灵活。在一些CPU上，内存访问一个字的中间是不可能的，所以对于那些芯片来说，对齐仍然是非常有用的。

现在，对齐是一个相当抽象的词；对于不同的数据大小，具体的实现可能有不同的对齐方式。Abd，这是通常设计的模型编译器。因此，如果一个两个字节的数据可能位于一个四字节单元的开头或结尾，那么它的地址必须是偶数。但是，四字节单位必须有一个地址可以除以四。所以秩序确实会起作用。考虑一个由两个单独的字节组成的数据，一个两个字节的“半字”，一个四字节的单词。如果这些是排列好的字节、半字、字节、字，那就需要12个字节:一个数据字节，一个填充字节，一个半字(甚至对齐)，另一个字节，三个字节填充，以及这个单词。如果我们把它们排列成字节、字节、半字节、字，那么就没有填充，数据符合八个字节。