iOS-内存对齐

先上个图，待会计算内存时会用到。

image.png

hxdm，已知iOS对象的本质是结构体，所以探索内存对齐当然是从结构体开始啦。来我们直接上对齐规则：

1、数据成员对齐规则：结构体或者联合体的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小或者成员的子成员大小（只要该成员有子成员，比如数组，结构体等）的整数倍开始（比如int为4字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。通俗来讲就是除了第一个位置，后面的每个成员存放的位置起始位置都要存放的那个成员（如果有子成员那就是子成员）的整数倍位置。
2、结构体作为成员：如果一个结构体里面有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。
3、收尾工作：结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

不得不说看着有点eggache，我们来结合代码看一下

struct LGStruct1{
    double  a; // 8
    int     b; // 4
    short   c; // 2
    char    d; // 1
}LGStruct1;


struct LGStruct2{
    double  a; // 8
    char    d; // 1
    int     b; // 4
    short   c; // 2

}LGStruct2;


int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
      NSLog(@"-----%lu-----%lu",sizeof(LGStruct1),sizeof(LGStruct2));
    }
    return 0;
}

输出结果

2021-06-08 20:39:09.505775+0800 KCObjcBuild[97900:632000] -----16-----24

我们可以发现其实LGStruct2，LGStruct1中的变量都是一样的，唯一的区别就是顺序不同。现在我们来按照刚刚的规则来计算一下，

LGStruct1:（min(m，n) m表示当前开始的位置，n表示大小）

-变量a: 占8个字节，offset从0开始， min(0，8)， 即0 ~ 7 存放a-
-变量b: 占4个字节，offset从8开始， min(8，4)， 即8 ~ 11 存放b
-变量c: 占2个字节，offset从12开始，min(12，2)，即12 ~ 13 存放c
-变量d: 占1个字节，offset从14开始，min(14，1)，即14 存放d

结果显示 LGStruct1 的实际的内存大小是15字节，LGStruct1中最大的变量是a占个 8 字节。所以LGStruct1的实际内存大小必须是8的整数倍，15不是8的整数倍，向上取整，不足的自动补齐为16字节。最后LGStruct1的内存大小为16字节。

LGStruct2:

-变量a: 占8个字节，offset从0开始， min(0，8)， 即0 ~ 7 存放a
-变量d: 占1个字节，offset从8开始， min(8，1)， 即8 存放d
-变量b: 占4个字节，offset从9开始， min(9，4)，9 % 4 != 0，继续往后移动直到找到可以整除4的位置 12 即12 ~ 15 存放b
-变量c: 占2个字节，offset从16开始，min(16，2)，即16 ~ 17 存放c

结果显示 LWStruct2 的实际的内存大小是18字节，LWStruct2中最大的变量是a占个 8 字节。所以LWStruct2的实际内存大小必须是8的整数倍，18不是8的整数倍，向上取整，不足的自动补齐为24字节。最后LWStruct2的内存大小为24字节。

以上结构体中都是简单类型，如果结构体中嵌套结构体呢？如下：

struct LGStruct2{
    double  a; // 8
    char    d; // 1
    int     b; // 4
    short   c; // 2

}LGStruct2;

struct LGStruct3{
    long    a; // 8
    int     b; // 4
    short   c; // 2
    char    d; // 1
    struct  LGStruct2 lwStr;
}LGStruct3;

我们直接来计算一波，最后再通过代码验证吧。

LGStruct3：

-变量a: 占8个字节，offset从0开始， min(0，8)， 即0 ~ 7 存放a-
-变量b: 占4个字节，offset从8开始， min(8，4)， 即8 ~ 11 存放b
-变量c: 占2个字节，offset从12开始，min(12，2)，即12 ~ 13 存放c
-变量d: 占1个字节，offset从14开始，min(14，1)，即14 存放d
-变量lwStr: LGStruct2中最大成员变量为8字节，所以offset从16开始，LGStruct2内存大小为18字节， min(16,18)，即16 ~ 33存放 lwStr

结果显示 LWStruct3 的实际的内存大小是34字节，LWStruct3中最大的变量是lwStr和 a都是 8 字节。所以LWStruct3的实际内存大小必须是8的整数倍，34不是8的整数倍，向上取整，不足的自动补齐为40字节。最后LWStruct3的内存大小为40字节。

所得斯勒，那我们平常给类添加属性的时候，是不是也要注意顺序呢。玩了这么多年居然不知道！！————其实完全不用，编译器会给我们优化。

那么问题来了，怎么验证编译器给咱们优化了呢？？？
有如下一个类：

@interface LGPerson : NSObject
//isa  8
@property (nonatomic, copy)   NSString *name;  //8
@property (nonatomic, assign) int       height;//4
@property (nonatomic, assign) int       age;   //4
@property (nonatomic, copy)   NSString *sName; //8
@property (nonatomic, assign) bool      isCool;//1
@end

我们给各个属性赋值在用lldb调试一下。

image.png

如图会发现内存中存储的顺序与我们在类中声明的顺序并不是一致哒。

再来看看sizeof，class_getInstanceSize，malloc_size的区别

先看看一下代码的输出结果吧(运行记得#import <objc/runtime.h>，#import <malloc/malloc.h>)

      LGPerson * person =  [LGPerson alloc];
      person.name   = @"YP";
      person.age    = 18;
      person.height = 180;
      person.isCool = YES;
      person.sName  = @"ppp";
      LGPerson * newPerson;

      NSLog(@"对象类型的内存大小--%lu",sizeof(person));
      NSLog(@"对象实际的内存大小--%lu",class_getInstanceSize([person class]));
      NSLog(@"系统分配的内存大小--%lu",malloc_size((__bridge const void *)(person)));

2021-06-08 19:27:05.008797+0800 KCObjcBuild[96654:581617] 对象类型的内存大小--8
2021-06-08 19:27:05.009067+0800 KCObjcBuild[96654:581617] 对象实际的内存大小--40
2021-06-08 19:27:05.009175+0800 KCObjcBuild[96654:581617] 系统分配的内存大小--48

现在我们来分析一下为什么是这个结果呢？
1、sizeof(person): 对象类型的内存大小，sizeof 是一个操作符号，不是函数。计算的是传进来的数据类型的大小，这个在编译时期就已经确定，这里传入的person只是一个指针，所以是8字节
2、class\_getInstanceSize([person class]): 对象实际的内存大小，内存大小是由类的成员变量的大小决定。我们先来看看LGPerson的属性

@interface LGPerson : NSObject
//isa  8
@property (nonatomic, copy)   NSString *name;  //8
@property (nonatomic, assign) int       height;//4
@property (nonatomic, assign) int       age;   //4
@property (nonatomic, copy)   NSString *sName; //8
@property (nonatomic, assign) bool      isCool;//1
@end

如上，每个属性按文章第一个图片已标记上大小，有个小细节就是iOS中所有对象都会从objc_object继承isa指针，所以该类的内存大小为8+8+4+4+8+1 = 33，那为什么class_getInstanceSize输出的是40呢？因为内存进行了8字节对齐，核心算法是define WORD_MASK 7UL (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK。 所以 person 的内存大小是 40 而不是 33。
3、malloc_size((__bridge const void *)(newPerson)):系统分配的内存大小是按16字节对齐的方式，即分配的大小是16的倍数 ,不足16的倍数系统会自动填充字节，注意系统的16字节对齐是在实际的内存大小（经过8字节对齐）的基础上。所以40按16字节对齐后为48。

如有不对，烦请指正~~~

参考文章：
https://www.jianshu.com/p/2b660ec22fe0
https://juejin.cn/post/6971321734788022309
https://juejin.cn/post/6971358469949489183/