iOS-底层 对象内存对齐

什么是内存对齐？

内存对齐，简单来说就是编译器为了节省查找内存时间，通过一定的算法将数据按照规律存储，而不是一个一个的紧密排列，每个平台上的编译器都有自己的“对齐系数”（一般为4和8），而iOS的对齐系数为8即8字节对齐。

内存对齐的好处

CPU存取原理
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。

所以在读取对齐的内存效率更高，在读取未对齐的内存时，CPU需要做两次访问，而读取对齐的内存只需要访问一次，这大大提升了CPU的效率,提升了性能。

内存对齐规则：

【规则一】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位置 能否整除 所需的位数
n, 直到可以整除, 从而就确定了当前成员的开始位置。

【规则二】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

【规则三】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。

常见数据类型所占内存大小的表：

image

iOS获取内存大小的三种方式

sizeof: 是C/C++中的一个操作符（operator），简单的说其作用就是返回一个对象或者类型所占的内存字节数。在编译阶段 就会确定大小
class_getInstanceSize: 这个方法由runtime提供api,用于获取实例对象所占的内存大小，本质是获取实例对象中成员变量的内存大小
(注:如自定义类或继承关系 属性的多少变化而变化，如单纯的继承NSObject并且没有任何属性 打印为8 因为 有隐藏 isa 万物皆对象，而对象的本质为 继承 objc_object 的结构体 它就是对象模板）

malloc_size: 获取系统实际分配的内存大小(16字节对齐)
拓: 我们知道alloc 流程 最重要的三部曲
cls->instanceSize：计算需要开辟的内存空间大小（这里有一个算法为16字节对齐）
calloc：申请内存，返回地址指针
obj->initInstanceIsa：将 类 与 isa 关联

下面以一段代码为例

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {

    NSObject *object = [[NSObject alloc]init];
    NSLog(@"%lu - %lu - %lu",sizeof(object),class_getInstanceSize([NSObject class]),malloc_size((__bridge const void *)(object)));

}
return 0;

}
运行后的输出为：8 - 8 - 16

解释：
sizeof：可用于获取类、结构、共用体和其他用户自定义数据类型的大小。
class_getInstanceSize：返回类实例的大小。
malloc_size：返回实际给定的内存大小

结构体内存对齐

接下来，我们首先定义两个结构体，分别计算他们的内存大小，以此来引入今天的正题：内存对齐原理

//1、定义两个结构体
struct Struct1{
    char a;     //1字节
    double b;   //8字节
    int c;      //4字节
    short d;    //2字节
}Struct1;

struct Struct2{
    double a;   //8字节
    int b;      //4字节
    short c;    //2字节
    char d;     //1字节
}Struct2;

//计算 结构体占用的内存大小
NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(Struct1),sizeof(Struct2));

以下是输出结果

image

从打印结果我们可以看出一个问题，两个结构体除了变量顺序一样之外，其他几乎完全一致，那么他们的大小为什么内存大小不相等呢？这就是内存对齐现象。