iOS 底層探究：內存對齊2

這是我參與8月更文挑戰的第3天，活動詳情查看：8月更文挑戰 上文咱們倆節了內存對齊的一些內容，今天來繼續學習。

對齊原理分析

已知系統會根據數據類型跳過部份內存，那跳過的部分爲何不能存儲數據？

如上圖所示，對於不優化連續存儲的狀況，CPU讀取8～15的內存數據，須要先讀取1字節再讀取4字節，CPU對於要讀取的數據大小是有變化的。而優化後CPU先讀取4字節（因爲白色3字節空白因此能夠直接讀取4字節）再讀取4字節再這段內存中是沒有變化的。相比於第一種狀況，優化後CPU要進行的操做變少了，這就實現了通過空間換取時間。

系統內存開闢

分析了內存對齊原理，下面咱們來看一下系統是如何開闢內存的。

1. 案例

PDObject定義以下：

@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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調用：

#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)));
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那麼sizeof、class_getInstanceSize、malloc_size分別輸出多少呢？ 驗證：

sizeof:8 class_getInstanceSize:40 malloc:48
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• pdObj是一個結構體指針sizeof返回8 。
• class_getInstanceSize因爲存在isa和8字節對齊因此返回40 。
• malloc_size爲何返回48呢？

在系統的內存堆區中對象的內存是16字節對齊，成員變量是以8字節對齊（結構體內部）。對象與對象是16字節對齊。

2.爲何以16字節對齊？

爲何對象不以8字節對齊？而以16字節對齊？

假如一個對象內部成員變量都是8字節大小。

• 以8字節對齊，內部沒有多餘空間，更容易發生訪問錯誤。
• 以16字節對齊內部有多餘空間，不容易發生訪問錯誤。

對於64字節的空間：

16 32 48 64
8 16 24 32 40 48 56 64
複製代碼

以8字節對齊須要訪問8次，以16字節對齊須要訪問4次

• 明顯以16字節對齊訪問對象和成員變量碰到一塊兒的機率小了。16字節對齊4次，8字節對齊8次。
• 任何對象都繼承自NSObject，可是不多有對象只有一個isa。因此最小的對象都應該是16。
• 若是用32字節對齊呢？很明顯空間浪費太大了。

成員變量字節對齊是8字節對齊，對象的內存對齊市16字節對齊

總結

• 結構體對齊（三個原則）
  • 三個原則
    • 數據成員對齊規則：從成員大小或者成員的子成員大小的整數倍開始。
    • 結構體做爲成員：從內部成員最大元素的整數倍地址開始存儲。
    • 補齊：必須是內部最大成員的整數倍，不足的要補齊。
  • 對齊原理：優化CPU讀取速度，以空間換時間。
  • 結構體嵌套補齊從內部開始補齊。
• 內存大小獲取
  • sizeof：是運算符，不是函數。獲取對象的長度（對象自己）。
  • class_getInstanceSize：獲取類的實例所佔用的內存大小。大小隻與成員變量有關。
  • malloc_size：alloc中實際開闢的空間。
• calloc 16字節對齊，最小返回16.
  • 最終分配的內存大小邏輯在segregated_size_to_fit中。以16字節對齊向上取整
  • 爲何以16字節對齊？減小訪問錯誤。