iOS标记指针（Tagged Pointer）技术
在2013年9月，苹果推出了iPhone5s，配备了首个采用64位架构的A7双核处理器，为了节省内存和提升执行效率，苹果提出了标记指针（Tagged Pointer） 的概念。对于64位程序，引入Tagged Pointer后，相关逻辑能减小一半的内存占用，以及3倍的访问速度提高，100倍的建立、销毁速度提高。html
原有的对象为何会浪费内存？
假设咱们要存储一个NSNumber对象，其值是一个整数。正常状况下，若是这个整数只是一个NSInteger的普通变量，那么它所占用的内存是与CPU的位数有关，在32位CPU下占4个字节，在64位CPU下是占8个字节的。而指针类型的大小一般也是与CPU位数相关，一个指针所占用的内存在32位CPU下为4个字节，在64位CPU下也是8个字节。objective-c
因此一个普通的iOS程序，若是没有Tagged Pointer对象，从32位机器迁移到64位机器中后，虽然逻辑没有任何变化，但这种NSNumber、NSDate一类的对象所占用的内存会翻倍。bash
效率上的问题，为了存储和访问一个NSNumber对象，须要在堆上为其分配内存，另外还要维护它的引用计数，管理它的生命期。这些都给程序增长了额外的逻辑，形成运行效率上的损失。架构
Tagged Pointer优化
为了改进上面提到的内存占用和效率问题，苹果提出了Tagged Pointer对象。因为NSNumber、NSDate一类的变量自己的值须要占用的内存大小经常不须要8个字节，拿整数来讲，4个字节所能表示的有符号整数就能够达到20多亿（注：2^31=2147483648，另外1位做为符号位)，对于绝大多数状况都是能够处理的。spa
NSNumber的优化
Tagged Pointer一个比较典型的应用就是NSNumber，在64位环境下，对于通常的数字，NSNumber不用再分配内存了。咱们看看NSNumber是如何运用Tagged Pointer的：指针
代码 objc:
NSNumber *number1=@1;
NSNumber *number2=@2;
NSNumber *number3=@3;
NSLog(@"number1 pointer is %p", number1);
NSLog(@"number2 pointer is %p", number2);
NSLog(@"number3 pointer is %p", number3);
在64位模拟器中运行后，我获得了以下结果：
number1 pointer is 0xb000000000000012
number2 pointer is 0xb000000000000022
number3 pointer is 0xb000000000000032
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能够看出number一、number2和number3的值前4位都是0xb，后4位都是0x2（指针的Tag），中间就是实际的取值，所以，这些NSNumber已经不须要再分配内存（指堆中内存）了，直接能够把实际的值保存到指针中，而无需再去访问堆中的数据。这无疑提升的内存访问速度和总体运算速度。也就是说Tagged Pointer自己就能够表示一个NSNumber了。code
那么若是一个数超过了Tagged Pointer所能表示的范围，系统会怎么处理？看看这段代码：视频
代码 objc:
NSNumber*numberBig=@(0x2233567890ABCDEF);
NSLog(@"numberBig pointer is %p", numberBig);
在64位模拟器中运行后，我获得了以下结果：
代码 objc:
numberBig pointer is 0x1394026a0
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numberBig指针最后4位都是0，应该是分配在堆中的对象。所以，若是NSNumber超出了Tagged Pointer所能表示的范围，系统会自动采用分配成对象，能够根据指针的最后4位是否为0来区分。htm
isa指针优化
查看NSObject类的头文件，你会发现这段定义：
@interface NSObject: <NSObject>
{
Class isa;
}
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全部类都继承自NSObject，所以每一个对象都有一个isa指针指向它所属的类。在《ARM64 and You》文章中指出：在32位环境下，对象的引用计数都保存在一个外部的表中，而对引用计数的增减操做都要先锁定这个表，操做完成后才解锁。这个效率是很是慢的。而在64位环境下，isa也是64位，实际做为指针部分只用到的其中33位，剩余的部分会运用到Tagged Pointer的概念，其中19位将保存对象的引用计数，这样对引用计数的操做只须要原子的修改这个指针便可，若是引用计数超出19位，才会将引用计数保存到外部表，而这种状况每每是不多的，所以效率将会大大提升。
在WWDC2013的《Session 404 Advanced in Objective-C》视频中，看到苹果对于Tagged Pointer特色的介绍：
1.Tagged Pointer专门用来存储小的对象，例如NSNumber和NSDate
2.Tagged Pointer指针的值再也不是地址了，而是真正的值。
实际上它再也不是一个对象了，它只是一个披着对象皮的普通变量而已。
它的内存并不存储在堆中，也不须要malloc和free。
3.在内存读取上有着3倍的效率，建立时比之前快106倍。
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苹果引入Tagged Pointer，不但减小了64位机器下程序的内存占用，还提升了运行效率。完美地解决了小内存对象在存储和访问效率上的问题。
Tagged Pointer的引入也带来了问题，即Tagged Pointer 由于并非真正的对象，而是一个伪对象，因此你若是彻底把它当成对象来使，可能会让它露马脚。全部对象都有 isa指针，而Tagged Pointer实际上是没有的，由于它不是真正的对象。 由于不是真正的对象，因此若是你直接访问Tagged Pointer的isa成员的话，在编译时将会有警告。
总之：
苹果将Tagged Pointer引入，给64位系统带来了内存的节省和运行效率的提升。Tagged Pointer经过在其最后一个bit位设置一个特殊标记，用于将数据直接保存在指针自己中。Tagged Pointer并非真正的对象，使用时须要注意不要直接访问其isa变量。