iOS 底层探究：内存对齐2

这是我参与8月更文挑战的第3天，活动详情查看：8月更文挑战 上文咱们俩节了内存对齐的一些内容，今天来继续学习。

对齐原理分析

已知系统会根据数据类型跳过部份内存，那跳过的部分为何不能存储数据？

如上图所示，对于不优化连续存储的状况，CPU读取8～15的内存数据，须要先读取1字节再读取4字节，CPU对于要读取的数据大小是有变化的。而优化后CPU先读取4字节（因为白色3字节空白因此能够直接读取4字节）再读取4字节再这段内存中是没有变化的。相比于第一种状况，优化后CPU要进行的操做变少了，这就实现了通过空间换取时间。

系统内存开辟

分析了内存对齐原理，下面咱们来看一下系统是如何开辟内存的。

1. 案例

PDObject定义以下：

@interface PDObject : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) long height;

@end
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调用：

#import "PDObject.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>

PDObject *pdObj = [PDObject alloc];
pdObj.name = @"HotpotCat";
pdObj.age = 18;

NSLog(@"sizeof:%zu class_getInstanceSize:%zu malloc:%zu",sizeof(pdObj),class_getInstanceSize([PDObject class]),malloc_size((__bridge const void *)(pdObj)));
复制代码

那么sizeof、class_getInstanceSize、malloc_size分别输出多少呢？ 验证：

sizeof:8 class_getInstanceSize:40 malloc:48
复制代码

• pdObj是一个结构体指针sizeof返回8 。
• class_getInstanceSize因为存在isa和8字节对齐因此返回40 。
• malloc_size为何返回48呢？

在系统的内存堆区中对象的内存是16字节对齐，成员变量是以8字节对齐（结构体内部）。对象与对象是16字节对齐。

2.为何以16字节对齐？

为何对象不以8字节对齐？而以16字节对齐？

假如一个对象内部成员变量都是8字节大小。

• 以8字节对齐，内部没有多余空间，更容易发生访问错误。
• 以16字节对齐内部有多余空间，不容易发生访问错误。

对于64字节的空间：

16 32 48 64
8 16 24 32 40 48 56 64
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以8字节对齐须要访问8次，以16字节对齐须要访问4次

• 明显以16字节对齐访问对象和成员变量碰到一块儿的几率小了。16字节对齐4次，8字节对齐8次。
• 任何对象都继承自NSObject，可是不多有对象只有一个isa。因此最小的对象都应该是16。
• 若是用32字节对齐呢？很明显空间浪费太大了。

成员变量字节对齐是8字节对齐，对象的内存对齐市16字节对齐

总结

• 结构体对齐（三个原则）
  • 三个原则
    • 数据成员对齐规则：从成员大小或者成员的子成员大小的整数倍开始。
    • 结构体做为成员：从内部成员最大元素的整数倍地址开始存储。
    • 补齐：必须是内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。
  • 对齐原理：优化CPU读取速度，以空间换时间。
  • 结构体嵌套补齐从内部开始补齐。
• 内存大小获取
  • sizeof：是运算符，不是函数。获取对象的长度（对象自己）。
  • class_getInstanceSize：获取类的实例所占用的内存大小。大小只与成员变量有关。
  • malloc_size：alloc中实际开辟的空间。
• calloc 16字节对齐，最小返回16.
  • 最终分配的内存大小逻辑在segregated_size_to_fit中。以16字节对齐向上取整
  • 为何以16字节对齐？减小访问错误。