iOS底层探索002-内存对齐

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前言

计算机内存都是以字节为单位划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但是实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制,它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通常它为4或8的倍数，这就是所谓的内存对齐.

1. 内存对齐的原因

我们都知道内存是以字节为单位，但是大部分处理器并不是按字节块来存取内存的.它一般会以2字节,4字节,8字节,16字节甚至32字节为单位来存取内存，我们将上述这些存取单位称为内存存取粒度.

• CPU的数据总线宽度决定了CPU对数据的吞吐量
• 64位CPU一次处理64 bit也就是8个字节的数据,32同样,每次处理4个字节的数据

eg:以32位CPU为例,实际寻址步长为4个字节,即只对编号为4的倍数的内存寻址

内存对齐.png

• 内存对齐可以实现最快速的方式寻址且不会遗漏一个字节，也不会重复寻址.

image.png

2. 内存对齐原则

• 1. 数据成员对⻬规则:结构(struct)(或联合(union))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，比如说是数组，
     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。
• 2. 结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,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.(struct a里存有struct b,b
     里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)
• 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变量的整数倍.不足的要补齐

对齐系数: 1

#pragma pack(1)
struct MStruct1 {
    char a;        //1字节
    double b;       //8字节
    int c;         //4字节
    short d;       //2字节
} MyStruct1;
#pragma pack()

设置对齐系数为1:打印结果

MyStruct1:15 - 

对齐系数-1.png

对齐系数: 2

#pragma pack(2)
struct MStruct1 {
    char a;        //1字节
    double b;       //8字节
    int c;         //4字节
    short d;       //2字节
} MyStruct1;
#pragma pack()

设置对齐系数为2:打印结果

MyStruct1:16 - 

对齐系数-2.png

对齐系数: 4

#pragma pack(4)
struct MStruct1 {
    char a;        //1字节
    double b;       //8字节
    int c;         //4字节
    short d;       //2字节
} MyStruct1;
#pragma pack()

设置对齐系数为4:打印结果

MyStruct1:20 - 

对齐系数-4.png

对齐系数: 8

对齐系数默认为成员最大元素大小

struct MStruct1 {
    char a;        //1字节
    double b;       //8字节
    int c;         //4字节
    short d;       //2字节
} MyStruct1;

struct MStruct2 {
    double b;       //8字节
    char a;        //1字节
    short d;       //2字节
    int c;         //4字节
} MyStruct2;

设置对齐系数为8:打印结果

MyStruct1:24 - 
MyStruct2:16 -

MStruct1:对齐系数-8.png
MStruct2:对齐系数-8.png

结构体嵌套

结构体嵌套:对齐系数是结构体最大成员的大小

struct MStruct1 {
    char a;        //1字节 8
    double b;       //8字节 8 (最大成员大小)
    int c;         //4字节  4
    short d;       //2字节 4
} MyStruct1;

struct MStruct2 {
    char a;        //1字节
    short d;       //2字节
    int c;         //4字节
    struct MStruct1 s1;
} MyStruct2;

打印结果:

MyStruct1:24 - 
MyStruct2:32 -

OC中类对象的内存分配

@interface Person : NSObject

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

@property (nonatomic, assign) int sex;
@property (nonatomic) char ch1;
@property (nonatomic) char ch2;

@end

    NSLog(@"%lu - %lu",class_getInstanceSize([person class]),malloc_size((__bridge const void *)(person)));

打印结果:

40 - 48

通过打印发现对象本身大小和系统为对象分配的空间不一致:

• 对象是以8字节对齐,内存优化后得到40
• malloc_size开辟的空间是16字节对齐,避免对象之间发生溢出和野指针的问题
• 所以对象大小为40时,后面要补8位,最后结果是48

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