前言

在研究内存字节对齐之前，先通过两个简单的案例了解一下内存大小占用情况：

新建一个工程，创建一个对象：ZLObject

案例一

打印 malloc 结果如下：

案例二

添加如下属性和方法：

打印 malloc 结果如下：

结论：

一个对象的实际内存大小和实例大小可能会 不一样。例如图中的情况，实际内存大小是32字节，而实例大小是24字节。

栈内存 是 8字节 对齐

为什么实际内存大小和实例大小 不一样 呢？原因是：底层在分配内存的时候，做了 内存对齐，下面就深入了解 内存对齐 的原则。

什么是内存对齐原则？

还是先通过一个案例，分析内存如何分配的。

创建几个属性，分别对属性赋值，并打印其内存情况。

打印 obj 的 内存分配情况，并分别打印其地址指向的内容：

通过打印可知，obj 内存有三块 0x600000d283c0、0x600000d283d0、0x600000d283e0 每块都有两个地址，且每块内存都是16字节，通过地址打印结果分析：

第一块的第一个地址指向 ZLObject，说明是isa指针；第二个地址没有打印到结果。
第二块的第一个地址指向 张三，对应的是 name 属性；第二个地址指向 zhang，对应的是 nickName 属性。
第三块的第一个地址指向 北京市，对应的是 address 属性；第二个地址指向空，说明没有内容。

为什么唯独 0x0000001600006261 这个地址没有打印出东西呢？仔细观察发现，其中 0x00000016 就是数字 22，对应的是 age 属性；0x00006261 就是 ASCII 的 a，b，对应的就是 a，b 属性。

总结：堆空间内存是 16字节 对齐

内存对齐原则

数据成员对⻬规则：结构体(struct)或联合体(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。不够整数倍的补齐。（⽐如 int 为 ４ 字节，则要从 ４ 的 整数 倍地址开始存储。
结构体作为成员：如果⼀个结构体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。（比如 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。）
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。

下表是各种数据类型占用内存大小，根据对应类型来计算结构体中内存大小。

通过实际的案例来理解内存对齐原则

案例一

创建两个结构体，分析其内存分配情况：

根据内存对齐原则，分析以上两个结构体的内存分配情况，最后再打印出结果。

结果与分析的一致。

案例二

创建嵌套结构体，分析其内存分配情况：

根据内存对齐原则，分析以上两个嵌套结构体的内存分配情况，最后再打印出结果。

结果与分析的一致。

为什么要进行内存对齐

内存对齐是编译器的管辖范围，编译器在编译时会为程序中的每个数据单元安排在适当的位置上，这个过程就叫内存对齐。

很多 CPU（如基于 Alpha，IA-64，MIPS，和 SuperH 体系的）拒绝读取 未对齐 数据。当一个程序要求这些 CPU 读取 未对齐 数据时，这时 CPU 会进入 异常处理状态 并且通知程序 不能继续 执行。所以，如果编译器不进行内存对齐，那在很多平台的上的开发将难以进行。

那么，为什么这些 CPU 会拒绝读取 未对齐 数据？是因为 未对齐 的数据，会大大降低 CPU 的性能。

CPU 存取原理

程序员通常认为内存印象，由一个个的字节组成。

但是，你的 CPU 并 不是 以 字节 为单位存取数据的。CPU 把内存当成是 一块一块 的，块的大小可以是 2，4，8，16 字节大小，因此 CPU 在读取内存时也是一块一块进行读取的。每次内存存取都会产生一个固定的 开销，减少内存存取次数将提升程序的 性能。所以 CPU 一般会以 2/4/8/16/32 字节为单位来进行存取操作。我们将上述这些存取单位也就是块大小称为（memory access granularity）内存存取粒度。