内存对齐是影响程序正确性、性能和跨平台兼容性的底层关键；C++11引入alignas和alignof支持显式控制对齐，前者强制提升对齐边界，后者编译期获取类型自然对齐值。

内存对齐不是可有可无的细节，而是影响程序正确性、性能和跨平台兼容性的底层关键。C++11 引入 alignas 和 alignof，让开发者能显式控制对齐方式，替代过去依赖编译器扩展（如 __attribute__((aligned)) 或 #pragma pack）的不安全做法。

alignof：获取类型的自然对齐要求

alignof(T) 是编译期常量表达式，返回类型 T 所需的最小字节对齐值（即地址必须是该值的整数倍）。它反映的是硬件访问效率与 ABI 规范共同决定的“推荐对齐”，通常等于该类型最大成员的对齐需求，或由编译器根据目标平台设定。

例如：

• alignof(char) == 1（所有地址都满足）
• alignof(short) == 2（常见于 x86/x64）
• alignof(double) == 8（多数平台下，因 SSE/AVX 寄存器要求）
• alignof(std::max_align_t) == 16（标准保证的“通用最大对齐”，new/delete 默认按此对齐）

alignas：强制指定变量或类型的对齐边界

alignas(N)（N 为 2 的幂且 ≤ 实现支持的最大对齐，如 128 或 256）用于在声明时提升对齐要求。它不能降低对齐（即不能比类型自然对齐更松），只能更严格。

常见用法：

• 对单个变量：alignas(32) float buffer[256]; —— 确保数组起始地址 32 字节对齐，适配 AVX-512 指令
• 对结构体：struct alignas(64) CacheLine { int a; double b; }; —— 整个对象按缓存行对齐，减少伪共享
• 组合使用：alignas(std::hardware_destructive_interference_size) std::atomic counter; —— C++17 起推荐用于隔离并发修改的变量

注意：alignas 不改变对象大小（sizeof），但可能增加填充字节以满足对齐约束。

对齐与动态内存分配的关系

普通 new 只保证 std::max_align_t 对齐（通常是 16 字节），不足以满足 SIMD 或 DMA 等场景。此时需：

• 使用 operator new 的对齐版本（C++17）：::operator new(size, std::align_val_t{32});
• 配合 alignas 定义自定义分配器，或直接调用 std::aligned_alloc（需手动 free）
• 静态/线程局部变量天然支持 alignas，无需额外处理

未对齐访问在某些平台（如 ARM 默认配置）会触发硬件异常；在 x86 上虽可运行，但显著降低性能（多周期惩罚，甚至缓存行分裂）。

实际优化建议与陷阱

对齐不是越严越好。盲目设高对齐会浪费内存、降低缓存利用率、甚至引发链接错误（如全局变量对齐超过 section 限制）。

• 优先用标准常量：std::hardware_destructive_interference_size（防伪共享）、std::hardware_constructive_interference_size（促局部性）
• 结构体布局优化先于对齐：用 [[no_unique_address]]、重排成员顺序减少填充，再考虑 alignas
• 检查对齐是否生效：用 reinterpret_cast(&var) % alignof(decltype(var)) 验证（仅限调试）
• 避免在模板中硬编码对齐值；可用 alignas(alignof(T) * 2) 等相对表达式增强泛型性

基本上就这些。对齐是静默生效的底层机制，写对了没感觉，写错了可能 crash 或慢得离谱——值得花十分钟理清楚。