iOS 内存对齐原理

获取内存大小方式

1.sizeof
2.class_getInstanceSize
3.malloc_size

sizeof

1.sizeof是一个操作符号,不是函数;
2.我们一般用sizeof计算内存大小时,传入的主要对象是数据类型,这个在编译器的编译阶段(即编译时)就会确定大小而不是在运行时确定,对于NSObject这样的类而言,其定义的数据类型本质就是一个结构体的指针,而指针的内存大小是8字节,所以对象类型占用的字节数为8字节。
3.sizeof最终得到的结果是该数据类型占用空间的大小;

class_getInstanceSize

这个方式是runtime提供的api,用于获取类的实例对象占用的内存空间大小,返回结果为具体字节数,本质是获取实例对象中成员变量占用的内存空间。如果自定义类没有定义属性,仅仅只是继承自NSObject,则这个实例对象实际占用的大小为8字节,使用的为8字节对齐算法

malloc_size

这个函数是获取系统实际分配的内存大小,使用的为16字节对齐的算法

可以将内存对齐原则可以理解为以下几点:

原则一】 数据成员的对齐规则可以理解为min(m, n) 的公式, 其中 m表示当前成员的开始位置, n表示当前成员所需要的位数。如果满足条件 m 整除 n (即 m % n == 0), n 从 m 位置开始存储, 反之继续检查 m+1 能否整除 n, 直到可以整除, 从而就确定了当前成员的开始位置。
原则二】数据成员为结构体:当结构体嵌套了结构体时,作为数据成员的结构体的自身长度作为外部结构体的最大成员的内存大小,比如结构体a嵌套结构体b,b中有char、int、double等,则b的自身长度为8
原则三】最后结构体的内存大小必须是结构体中最大成员内存大小的整数倍,不足的需要补齐。

结构体内存对齐

内存对齐可以理解为结构体中的成员申请内存大小时,系统最小分配的内存为8字节,是按每次8字节来申请的,不够8字节的也会申请8字节,然后按结构体中成员变量顺序再次申请,直到所有成员变量都能放下为止。

举例来说明
//1、定义两个结构体
struct Mystruct1{
    char a;     //1字节
    double b;   //8字节
    int c;      //4字节
    short d;    //2字节
}Mystruct1;

struct Mystruct2{
    double b;   //8字节
    int c;      //4字节
    short d;    //2字节
    char a;     //1字节
}Mystruct2;

//计算 结构体占用的内存大小
NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(Mystruct1),sizeof(Mystruct2));

Mystruct1Mystruct2成员一样,只是顺序不同,最后的结果是内存大小不一样。sizeof(Mystruct1) 为24,sizeof(Mystruct2))为16;,如下图所示:

结构体内存存储示意图

Mystruct1详解过程:
1.Mystruct1 中每次申请内存按字节最长的变量来申请,最长的变量b占8个字节, 变量a占一个字节,申请只能按8字节申请,实际只使用了一个字节;
2.变量b占8个字节,如果顺序存放则会被分割到2个字节中,一个存放7个另一个存放1个,这样的话取值时就会错乱,为了按正确的偏移位置取到正确的值,系统按每次8个字节的偏移量来读取内存。这样的结果就是就算a只用了一个字节还有7个未用,接下来的b占8字节也要重新分配至少能存放下b的新内存,再次申请一个8字节内存;
3.变量c占4个字节,存放在第三次申请的8字节的内存,还有4字节没有用到,变量d占2字节,可以存放在c所在的8字节内存中,所有申请的内存加起来为24个字节大小,虽然实际只使用了15字节。

Mystruct2详解过程:
1.Mystruct2 中每次申请内存按字节最长的变量来申请,变量b占8个字节,第一次申请的内存全部用来存放b;
2.变量c占4字节,第二次申请的内存存放c后还剩4个字节没用用到,d占2字节,可以存放,还剩2字节,变量a占一个字节,也可以存放,这样存放后,还剩一个字节空余,所有申请的内存加起来为16,虽然实际只用了15个字节。

嵌套结构体内存对齐

嵌套结构体内存对齐详解:

//1、结构体嵌套结构体
struct Mystruct3{
    double b;   //8字节
    int c;      //4字节
    short d;    //2字节
    char a;     //1字节
    struct Mystruct2 str; 
}Mystruct3;

//2、打印 Mystruct3 的内存大小
NSLog(@"Mystruct3内存大小:%lu", sizeof(Mystruct3));
NSLog(@"Mystruct3中结构体成员内存大小:%lu", sizeof(Mystruct3.str));

//先说结果Mystruct3内存大小:32,
//Mystruct3中结构体成员内存大小:16

分析Mystruct3计算过程如下:
1.结构体成员Mystruct2 str是一个结构体,根据内存对齐原则二,Mystruct2中最大的成员大小为8,b,c,d,a最大字节为8,所以每次申请按8字节大小来;
2.b,c,d,a内存分析和Mystruct2 str一样,内存大小为16,加上str类型也为Mystruct2 str,也是16,总共大小为32;

内存优化(属性重排)

从上面的分析可知,结构体内存大小与结构体成员的顺序有关.

当结构体成员内存小的在前面时会因为内存对齐的原因比较浪费内存,为了解决这个问题苹果中采用空间换时间,将类中的属性进行重排,以此来达到内存优化的目的

总结

1.大部分的内存都是通过固定的内存快进行读取;
2.尽管我们在内存中采取了内存对齐的方式,但是并不是所有的内存都是可以进行浪费的,苹果会自动进行属性重排以此来优化内存;

class_getInstanceSize:采用8字节对齐,参照的对象的属性内存大小;
malloc_size:采用16字节对齐,参照整个对象的内存大小,对象实际分配的内存大小必须是16的整数倍。

[参考链接]https://www.jianshu.com/p/2b660ec22fe0;

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