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iOS之内存管理-字节对齐

字节对齐

struct Mystruct1{
char a;     //1字节
double b;   //8字节
int c;      //4字节
short d;    //2字节
}Mystruct1;

struct Mystruct2{
double b;   //8字节
int c;      //4字节
short d;    //2字节
char a;     //1字节
}Mystruct2;

struct Mystruct3{
double b;   //8字节
int c;      //4字节
short d;    //2字节
char a;     //1字节
struct Mystruct1 e;
}Mystruct3;

//计算 结构体占用的内存大小
NSLog(@"%lu----%lu----%lu",sizeof(Mystruct1),sizeof(Mystruct2),sizeof(Mystruct3));

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。

 

@interface Person : NSObject
@property(nonatomic,assign) int age;        // 4
@property(nonatomic,copy) NSString *name;   // 8
@property(nonatomic,assign) BOOL isGirl;    // 1
@property(nonatomic,copy) NSString *nick;   // 4
@property(nonatomic,assign) BOOL isBoy;     // 1
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *objc = [[Person alloc] init];
objc.age = 10;
objc.name = @"aaa";
objc.isGirl = YES;
objc.nick = @"cc";
objc.isBoy = YES;
}
}

 

 

 

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

OBJC_EXPORT size_t
class_getInstanceSize(Class _Nullable cls)
OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

⬇️

size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
if (!cls) return 0;
return cls->alignedInstanceSize();
}

// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
uint32_t alignedInstanceSize() const {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}

static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
// WORD_MASK在 64位系统为7， 32位系统为3
//x+7 & (~7) --> 8字节对齐
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

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！

 

 

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