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iOS 结构体内存对齐分析

iOS 结构体内存对齐分析

作者: jokerlee | 来源:发表于2020-09-14 00:35 被阅读0次

    先来看一张内存图


    内存占用图

    一.结构体定义

    struct Student1 {
        BOOL d;
        double c;
        int b;
        char a;
    };
    
    
    struct Student2 {
        double c;
        int b;
        char a;
        BOOL d;
    };
    
    int main(int argc, char * argv[]) {
        
        struct Student1 a;
        struct Student2 b;
        NSLog(@"A:%ld B:%ld \n",sizeof(a),sizeof(b));
        return 1;
    }
    
    ///输出结果
    A:24 B:16
    

    为什么两个输出的结果不一样呢?
    接下来我们看看内存对齐规范

    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。 min(当前开始的位置mn)m=9n=4
    9 10 11 12
    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 成员的整数倍.不足的要补⻬。

    分析可得知

    struct Student1 {
        BOOL d;       1 byte  [0  1] (0) 
        double c;     8 byte  [8  8] (8,9,10,11,12,13,14,15)
        int b;        4 byte  [16 4] (16,17,18,19)
        char a;       1 byte  [20 1] (20)
    };
    所以sizeof = 24
    
    struct Student2 {
        double c;     8 byte [0  7] (0,1,2,3,4,5,6,7)
        int b;        4 byte [8  4] (8,9,10,11)
        char a;       1 byte [12 1] (12)
        BOOL d;       1 byte [13 1] (13)
    };
    所以sizeof= 16
    

    为什么要内存对齐呢?

    首先我们先要了解一下处理器是如何读取内存的
    我们数据都是以字节(Byte)形式存储在内存当中的
    当需要数据的时候一般都是以尽管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,这取决于数据类型和处理器的设置;它一般会以双字节,四字节,8字节,16字节甚至32字节的块来存取内存,我们将上述这些存取单位称为内存存取粒度.

    • 举个栗子
      内存没对齐的情况下读取一个int类型的数据
      image.png
      第一次读取 从0x0起度 读取到0x3位置
      这一次读取之后我们并不能访问到我们想要的数据,紧接着处理器会继续往下读偏移4个字节
      从0x4开始取到0x7 如图
      image.png
      到这里,处理器才能读取到了我们需要访问的内存数据,当然这中间还存在剔除与合并的过程。
      那么如果是对齐的数据呢?
      image.png

    显然,如果是对齐的,对于本例,仅需读取1次,我们便可以读取到目标数据。

    可见,对齐与否会影响到我们的读取效率。
    这就是为什么要内存对齐的原因。

    总结

    其实内存对齐就是遵守了一套规则,
    编译器通过适当增加padding,使每个成员的访问都在一个读取里完成,而不需要多次访问

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