引子

前面我们探索了对象的内存空间分配的alloc函数。通过align16和align8计算对象所需内存大小。实际上每次都会走align16 的cacheFastInstance（在realizeClassWithoutSwift对cache做了赋值）。这里align16就是做的事情就是对instace的存储做了内存对其齐操作。

什么是内存对齐

• 内存对齐应该是编译器的“管辖范围”。编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。但是C语言的一个特点就是太灵活，太强大，它允许你干预“内存对齐”。如果你想了解更加底层的秘密，“内存对齐”对你就不应该再模糊了。

程序员通常倾向于认为内存就像一个字节数组.在C及其衍生语言中,char * 用来指代"一块内存",甚至在JAVA中也有byte[]类型来指代物理内存.

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Figure 1. ****程序员是如何看内存的

然而,你的处理器并不是按字节块来存取内存的.它一般会以双字节,四字节,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.

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内存对齐的规则

• 数据成员对齐规则：

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，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。在iOS中，数据成员的offeset是自身长度的整数倍。（说明默认的#pragma pack >= 8）

• 结构(或联合)的整体对齐规则：

在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。iOS中，结构体大小是最大数据成员长度的整数倍，如有需要，会在最后一个成员之后加上填充字节（trailing padding）

• 结构(或联合) 作为子成员 offset为自身最大数据成员长度的整数倍
• 结合上述可推断：

当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。数据成员以自身长度为对齐单位

为什么要内存对齐

1、平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。数据要按一定规则去存取，有些硬件平台不兼容不对齐数据，访问会抛出异常，所以大家最好都按一定的规则去存取数据
2、性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。经典示例

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上述示例中，内存对齐，cpu只需要一次内存访问就可以获取想要的数据，不内存对齐需要访问俩次，还要做数据的剔除整合，显然大大消耗cpu性能。显然,内存对齐能大大提升cpu的访问效率，节省cpu性能，当然这回带来一些额外的内存开销

几个例子

写几个结构体，真机debug下，直观便于理解。 截屏2021-07-08 下午6.06.14.png

验证几个点：

1. 数据成员的offset是自身长度的整数倍（必要时会mid padding）
2. 结构体作为子成员offset是自己最大数据成员的长度的整数倍
3. 结构体自身大小是自己最大数据成员长度的整数倍（必要时 trail padding）

iOS中的实例对齐

通过结构体的内存对齐规则，我们可以计算得到一个instance需要的内存大小。然而在上篇的alloc函数中，在计算instance需要分配的空间时，会再次进行align16对齐，也就是16字节对齐。比如我们NSObject对象 截屏2021-07-08 下午5.55.47.png

需要8，实际分配16

为什么采用16字节对齐

苹果采取16字节对齐，是因为OC的对象中，第一位叫isa指针，它是必然存在的，而且它就占了8位字节，就算你的对象中没有其他的属性了，也一定有一个isa，那对象就至少要占用8位字节。如果以8位字节对齐的话，如果连续的两块内存都是没有属性的对象，那么它们的内存空间就会完全的挨在一起，是容易混乱的。

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1.以16字节对齐保证OC对象内存之间不是完全挨在一起，在进行instance数据访问的时候不容易出错
2.保证对象内存连续整齐，提升cpu的访问效率，节省cpu性能

算法

static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

lib.malloc的内存对齐

调用malloc方法分配内存空间，会再次进行对齐

#define SHIFT_NANO_QUANTUM      4
#define NANO_REGIME_QUANTA_SIZE (1 << SHIFT_NANO_QUANTUM)   // 16

static MALLOC_INLINE size_t
segregated_size_to_fit(nanozone_t *nanozone, size_t size, size_t *pKey)
{
    size_t k, slot_bytes;
    if (0 == size) {
        size = NANO_REGIME_QUANTA_SIZE; // Historical behavior
    }
        //k = (size + 16 - 1) >> 4 左移4位
    k = (size + NANO_REGIME_QUANTA_SIZE - 1) >> SHIFT_NANO_QUANTUM;
        // round up and shift for number of quanta
        // slot_bytes = k << 4   右移4位
    slot_bytes = k << SHIFT_NANO_QUANTUM;   
        // multiply by power of two quanta size
    *pKey = k - 1;                  
        // Zero-based!
    return slot_bytes;
}

malloc库的内存对齐算法几乎跟lib.objc一致

1. 加15进位
2. 后15位抹零