【2】OC类原理

1）内存对象存储

举个例子：假设有个类定义LGPerson如下：

LGPerson类定义

    在main函数中，对其中name等属性进行赋值，属性类型包含了字符串、整数、字符等，然后在如图所示位置，即LGPerson属性赋值完毕之后插入断点运行，到达断点之后，依次执行以下操作：

[1] 通过x/4gx或x/8gx打印对象内存信息

其中，x/4gx表示以4排16进制打印出内存地址，x/8gx表示以8排16进制打印出内存地址，后来发现执行x/4g或x/8g其实也是相同的，由此得到对象的属性内存地址如图所示。

[2] 通过po打印内存地址存储内容

其中，po 0x600003b11620表示打印出LGPerson类完整的description信息，打印首地址（isa）表示仅输出类名，然后依次po其他地址，发现name等OC字符串属性都可以完整输出，唯独不见age、c1和c2，且尝试打印 0x0000000102b957d0时，显示了乱码。

po内存地址内容

[3] 通过po打印非字符串存储内容

    尝试对0x0000001200006261进行拆解，最终依次打印出了18，98（ASCII，对应字符'b'），97（ASCII，对应字符'a'），位置也被提前了。由此可知，系统会对OC对象（结构体）内存进行字节对齐以及存储优化重排，并非严格固定的8字节对齐。

po简单类型内容

2）结构体内存对齐原则

了解结构体内存存储计算之前，必须先熟悉各种类型数据占用空间字节数，如下：

各个类型占用字节数

举个列子，有如下结构体Struct1和Struct2，各个属性以及对应占用内存字节数如下：

Struct1和Struct2定义

一般情况下，由于系统内存是16字节对齐，我们会认为Struct1占用内存大小为：8+1+4+2=16（16的整数倍）和Struct2占用内存大小为：8+4+1+2=16。然而，通过执行sizeof打印出的实际结果为：

2020-09-11 03:48:24.936105+0800 001-内存对齐原则[60920:4654765] 24-16

所以，系统的内存对齐，遵循了具体规定的原则，如下：

1:数据成员对⻬规则: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(比如int为4字节,则要从4的整数倍地址开始存储。

2:结构体作为成员:如果一个结构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.(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.)

3: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。

下面结合例子，进行对齐计算，对于Struct1：

Struct1：

首先属性a为double 8字节，从0开始占用了[0-7]；

属性b为char 1字节，计划从第8位开始排，根据原则-1，由于8是1的整数倍，所以实际就是从第8位开始排布，占用[8]；

属性c为int 4字节，计划从第9位开始排，根据原则-1，由于9不是4的整数倍，最接近的是12，所以实际从第12位开始排布，占用[12-15]；

属性d为short 2字节，计划从第16位开始排，同理根据原则-1，由于16是2的整数倍，所以实际就是从第16位开始排布，占用[16-17]；

终上所述，结构体内部需要的大小为17，但是根据原则-3，最大属性类型double为8字节，由于17不是8的整数倍，最接近的是24，所以Struct1实际大小为24。

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Struct2：

首先属性a为double 8字节，从0开始占用了[0-7]；

属性b为int 4字节，计划从第8位开始排，根据原则-1，由于8是4的整数倍，所以实际就是从第8位开始排布，占用[8-11]；

属性c为char 1字节，计划从第12位开始排，根据原则-1，由于12是1的整数倍，所以实际就是从第12位开始排布，占用[12]；

属性d为short 2字节，计划从第13位开始排，同理根据原则-1，由于13不是2的整数倍，最接近的是14，所以实际是从第14位开始排布，占用[14-15]；

终上所述，结构体内部需要的大小为15，但是根据原则-3，最大属性类型double为8字节，由于15不是8的整数倍，最接近的是16，所以Struct2实际大小为16。

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3）结构体嵌套内存对齐

    举个例子，将Struct1和Struct2进行嵌套组合，得到如下新结构体Struct3：

结构体Struct3定义

其中，属性e是结构体类型Struct1，具体计算流程如下：

Struct3

首先属性a为double 8字节，从0开始占用了[0-7]；
属性b为int 4字节，计划从第8位开始排，根据原则-1，由于8是4的整数倍，所以实际就是从第8位开始排布，占用[8-11]；
属性c为char 1字节，计划从第12位开始排，根据原则-1，由于12是1的整数倍，所以实际就是从第12位开始排布，占用[12]；
属性d为short 2字节，计划从第13位开始排，同理根据原则-1，由于13不是2的整数倍，最接近的是14，所以实际是从第14位开始排布，占用[14-15]；
    接下来开始排布Struct1：
根据原则-2，应该从Struct1最大属性Struct1.a（8字节）的整数倍开始存储，
属性Struct1.a 8字节，计划从16开始排，由于16是最大属性8的整数倍，所以实际就是从16开始排布，占用[16-23]；
属性Struct1.b 1字节，计划从24开始排，由于24是1的整数倍，所以实际就是从24开始排布，占用[24]；
属性Struct1.c 4字节，计划从25开始排，由于25不是4的整数倍，最接近的是28，所以实际是从28开始排布，占用[28-31]；
属性Struct1.d 2字节，计划从32开始排，由于32是2的整数倍，所以实际是从32开始排布，占用[32-33]；
终上所述，结构体内部需要的大小为33，但是根据原则-3，最大属性为8字节，由于33不是8的整数倍，最接近的是40，所以Struct3实际大小为40。

4）sizeof、class_getInstanceSize、malloc_size区别

举个例子，有LGPerson定义如下：

LGPerson定义

    在main函数中赋值，并NSLog调用三种方法打印：

首先，直接打印的person对象，就是OC指针，所以打印出person对象类与地址信息，如下图所示；

然后，sizeof()功能是打印出当前对象的『类型』大小，即LGPerson指针大小，即8；

之后，class_getInstanceSize()功能是打印出类对象实例的内存大小，就是对象实际所需的结构体大小，以8字节对齐，即[8] + [8] + [4->8] + [8] = 40；

 最后，malloc_size()功能是打印出系统内存分配的大小，以16字节对齐，由于40不是16的倍数，最接近的是48，即系统实际分配48。

    通过编译运行验证结果如下：

三种size打印结果

    结合系统libmalloc源码分析，系统内存对齐调用的接口为segregated_size_to_fit()，对于传入的对象size=2，先+15=17，然后右移4位，抹掉尾部16的余数，之后再左移4位，将头部补的0还原回去，即得到系统分配大小16（也就是16的倍数对齐），如下：

系统malloc内存对齐