iOS内存对齐

这篇文章我们来探索一下iOS内存对齐的原理，在探索完内存对齐原理之后，你就会明白内存对齐的好处。

在讲述内存对齐时，我们需要先了解每个属性所占空间的大小：

15995711844541.png

我们先讲述一下结构体的内存对齐对齐：

struct xStruct1 {
    double a;   // 8 (0-7)
    char b;     // 1 [8 1] (8)
    int c;      // 4 [9 4] 9 10 11 (12 13 14 15)
    short d;    // 2 [16 2] (16 17)
}struct1;

struct xStruct2 {
    double a;   //8 (0-7)
    int b;      //4 (8 9 10 11)
    char c;     //1 (12)
    short d;    //2 13 (14 15) - 16
}struct2;

看上面一段代码，有两个结构体，结构体中的属性都一样，然而顺序不一样，在每个属性后面有一个注释，主要描述了每个属性存储的位置。

下面来具体讲述一下每个注释是怎么来的：

我们先来看struct1结构体；

a是一个double类型，占用8字节大小，所以存储位置位0-7；

而b是char类型，占一个字节，所以大小为1，存储的位置为8；

那么c就有点特殊了，他占用4字节大小，而他存储的位置为12-15，那么这就跟iOS存储机制有关了，为了方便属性的存储和读取，iOS对结构体采用属性的倍数来进行存储，也就是说c的存储位从9号开始，占用4字节大小，而9不是4的倍数；因此，在存储c时，会进行移位，直到12才符合4的倍数；因此，存储c的位置为12-15。

同样的d也是如此，d的存储大小为2，位置从16开始，因此存储位置为16，17；

而对于一个结构体的存储空间，系统默认开辟的空间大小为最大属性的整数倍，struct1中的最大属性为8，而存储位数大于16，因此，struct1所需要开辟的空间为24。

那么我们来看一下struct2，他所需要开辟的空间为16，那为什么改变属性的位置，会产生这样的变化呢？

对于a来说，它是不变的，0-7；

对于b来说，就不一样了，它是int类型占用4字节大小，那么他就需要从8号位开始筛选存储，而8正好是4的倍数，因此，b存储位为8-11；

那么对于c，d就是一样的了，c从12开始，占1位12，d占2位，从13开始，过滤13，从14开始。

从上面两个结构体内部所需要的大小就可以知道，对于了解iOS内存对齐是非常有必要的。我们可以通过sizeof来打印两个结构体的大小，struct1的大小为24，struct2的大小为16。

那么回到我们常用的类中去探讨一下oc对象的内存对齐原理：

我们在开发中，经常会创建很多类，每个类中都有很多属性，那么你了解每个类需要开辟的存储空间大小和字节对齐的原理吗？

在之前我讲alloc原理的时候，我说过16字节对齐，在这边我补充一下，在进行存储时，iOS开辟空间大小是以16字节对齐的方式（早期是8字节对齐方式），而系统对对象的读取是以8字节方式读取。

因此，每个oc对象所开辟的空间大小都为16的倍数，而对对象存取是以8字节来计算的。

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
// @property (nonatomic, copy) NSString *hobby;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) long height;

@property (nonatomic) char c1;
@property (nonatomic) char c2;
@end


        Person *person = [Person alloc];
        person.name      = @"Objective-C";
        person.nickName  = @"Swift";
        person.age       = 18;
        person.c1        = 'a';
        person.c2        = 'b';
        
        NSLog(@"%@",person);
        NSLog(@"%lu - %lu",class_getInstanceSize([person class]),malloc_size((__bridge const void *)(person)));

上面的代码打印出来的结果为40 - 48

首先先介绍一下两个函数的作用：

class_getInstanceSize：计算对象实际占用内存大小
malloc_size：计算系统所开辟内存大小

下面我来讲述一下为什么会出现这样的结果:

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看上图，我们已知iOS以8字节对齐进行存储，那么oc对象的属性存储顺序并没有按照我们写的先后顺序存储。
看上图po的16进制代码，可以得到每一个属性值：

其中第一个0x000000010d6957e0为isa指针；
0x0000001200006261为age，c1，c2的值；
0x000000010d693038为name；
0x000000010d693058为nickName；

对于有值的属性，会占用等值的内存大小，而对于没有赋值的属性，其实他也是占内存空间的；因此，对于没有赋值的height其实也占用了8字节内存空间；因此，这个对象的实际占用大小为40，而iOS开辟空间大小以16字节对齐，因此，这个对象开辟的内存空间为48。

下面我们详细的查看一下iOS对象存储内存对齐代码：
我们知道可以用class_getInstanceSize来查看对象实际占用内存大小，因此我们可以在objc4代码中搜索这个：

OBJC_EXPORT size_t
class_getInstanceSize(Class _Nullable cls) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
    
    
size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
    if (!cls) return 0;
    return cls->alignedInstanceSize();
}

 uint32_t alignedInstanceSize() const {
        return word_align(unalignedInstanceSize());
    }
    
define WORD_MASK 7UL

static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
    return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
static inline size_t word_align(size_t x) {
    return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

从上面的源代码可以看出，关于iOS存储内存对齐是以8字节对齐。

关于malloc_size计算开辟内存空间的大小这边就不继续讲述了，有兴趣的同学可以去查看libmalloc源码，这边介绍一个技巧，那就是在源码中搜索malloc_size会显示extern size_t malloc_size(const void *ptr);,无法看到实现代码，那么可以在自行去找可以运行的libmalloc源码进行po malloc_size 就可以得到(.dylib`malloc_size at malloc.c:1803),提示就到这了；

关于iOS开辟内存对齐代码请看iOS底层探索alloc