iOS之内存管理-字节对齐

字节对齐

 1 struct Mystruct1{
 2     char a;     //1字节
 3     double b;   //8字节
 4     int c;      //4字节
 5     short d;    //2字节
 6 }Mystruct1;
 7
 8 struct Mystruct2{
 9     double b;   //8字节
10     int c;      //4字节
11     short d;    //2字节
12     char a;     //1字节
13 }Mystruct2;
14
15 struct Mystruct3{
16     double b;   //8字节
17     int c;      //4字节
18     short d;    //2字节
19     char a;     //1字节
20     struct Mystruct1 e;
21 }Mystruct3;
22
23 //计算 结构体占用的内存大小
24 NSLog(@"%lu----%lu----%lu",sizeof(Mystruct1),sizeof(Mystruct2),sizeof(Mystruct3));
25
26 打印结果为：24----16----40

Mystruct1 与 Mystruct2 数据成员的顺序不同，为什么会导致内存分配的大小不同呢？

1. 字节对齐的原则

1.1 结构体或者联合体的数据成员，第一个成员的存储位置从0开始，之后的每个成员的存储起始位置均为该成员的大小的整数倍。

• 根据这条原则，上面的 Mystruct1 中

• 成员 a 占 1 个字节, 从 0 的位置开始
• 成员 b 占 8 个字节，挨 0 + 1 最近的 8 的整数倍是8，所以 b 从 8 的位置开始

• 成员 c 占 4 个字节，挨 8 + 8 最近的 4 的整数倍是16，所以 c 从 16 的位置开始
• 成员 d 占 2 个字节，挨 16 + 4 最近的 2 的整数倍是20，所以 d 从 20 的位置开始

• 一共是占 22 个字节，8 字节对齐，一定要是8的倍数，不足要补齐，所以是 24 个字节

• 上面的 Mystruct2 中

• 成员 a 占 8 个字节, 从 0 的位置开始
• 成员 b 占 4 个字节，挨 0 + 8 最近的 4 的整数倍是8，所以 b 从 8 的位置开始

• 成员 c 占 2 个字节，挨 8 + 4 最近的 2 的整数倍是12，所以 c 从 12 的位置开始
• 成员 d 占 1 个字节，挨 12 + 2 最近的 1 的整数倍是14，所以 d 从 14 的位置开始

• 一共是占 15 个字节

1.2 结构体的总大小(sizeof的结果)，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的需要补齐

• 根据这条原则，上面的 Mystruct1 中，占 22 个字节，必须是最大成员 （double b ）的整数倍，也就是8的整数倍，所以占24个字节
• 根据这条原则，上面的 Mystruct2 中，占 15 个字节，必须是最大成员 （double b ）的整数倍，也就是8的整数倍，所以占16个字节

1.3 如果结构体或者联合体的数据成员中存在子结构体，则子结构体的存储起始位置为其内部最大成员的整数倍。

• 上面的 Mystruct3 中，成员 a,b,c,d 的内存分配和 Mystruct2 是一致的, 占15个字节；
• 成员 e 是 Mystruct1 类型，上面也计算过是占24个字节。

• 成员e 的内部最大成员是 double b, 占8字节。
• 根据上面的规则，成员 e 的起始位置为子结构体中的最大成员(double b)的整数倍，挨着 15 最近的 8 的倍数是 16，所以 成员 e 从16开始，占24个字节。Mystruct3 所占内存大小为 16 + 24 = 40 ，正好是最大成员 8 的倍数。所以成员 e 占40字节

2. 内存优化方案：属性重排

由上面的栗子可以知道，结构体的数据成员顺序会影响结构体类型占用的内存大小。

由此苹果中采用属性重排的方案。苹果会自动重排属性的顺序，将占用不足 8 字节的成员挨在一起，凑满 8 字节，以达到优化内存的目的。

下面举个栗子来证实下属性重排的存在：定义一个 Person类，属性类型大小的顺序是混乱的。

 1 @interface Person : NSObject
 2 @property(nonatomic,assign) int age;        // 4
 3 @property(nonatomic,copy) NSString *name;   // 8
 4 @property(nonatomic,assign) BOOL isGirl;    // 1
 5 @property(nonatomic,copy) NSString *nick;   // 4
 6 @property(nonatomic,assign) BOOL isBoy;     // 1
 7 @end
 8
 9 int main(int argc, const char * argv[]) {
10     @autoreleasepool {
11         Person *objc = [[Person alloc] init];
12         objc.age = 10;
13         objc.name = @"aaa";
14         objc.isGirl = YES;
15         objc.nick = @"cc";
16         objc.isBoy = YES;
17     }
18 }

从地址的打印结果中可以看出，age、isGirl、isBoy三个属性被放在了一起，苹果的确进行了自动属性重排，以优化内存。

3.对齐系数

xcode中默认的对齐系数是8，即8字节对齐。可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n= 1,2,4,8,16 来改变这个系数。

4.获取内存大小的三种方式

• sizeof(类型)，获取类型占用的字节数
• class_getInstanceSize，获取实例对象(即实例对象的成员变量)实际占用的字节数，从源码看是采用 8字节 对齐

• malloc_size，系统实际分配的内存大小(字节数)。采用16字节对齐，参照的整个对象的内存大小，对象实际分配的内存大小必须是16的整数倍. 由于内存对齐，实际分配的内存会大于等于实际占用的内存

1.sizeof

计算类型占用的内存大小，其中可以放 基本数据类型、对象、指针

• 对于类似于int这样的基本数据而言，sizeof获取的就是数据类型占用的内存大小，不同的数据类型所占用的内存大小是不一样的.
• 而对于类似于NSObject定义的实例对象而言，其对象类型的本质就是一个结构体（即 struct objc_object）的指针，所以sizeof(objc)打印的是对象objc的指针大小，我们知道一个指针的内存大小是8，所以sizeof(objc) 打印是 8。注意：这里的8字节与isa指针一点关系都没有！！！）

2. class_getInstanceSize源码

 1 OBJC_EXPORT size_t
 2 class_getInstanceSize(Class _Nullable cls)
 3     OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
 4
 5 ️
 6
 7 size_t class_getInstanceSize(Class cls)
 8 {
 9     if (!cls) return 0;
10     return cls->alignedInstanceSize();
11 }
12
13 // Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
14 uint32_t alignedInstanceSize() const {
15     return word_align(unalignedInstanceSize());
16 }
17
18 static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
19     // WORD_MASK在 64位系统为7， 32位系统为3
20     //x+7 & (~7) --> 8字节对齐
21     return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
22 }

5. 16字节对齐算法

2. k + 15 >> 4 << 4 , 先右移 4 位，再左移 4 位

附件

C 和 OC 中数据类型所占字节数

青山不改，绿水长流，后会有期，感谢每一位佳人的支持！