内存布局

一、iOS程序的内存布局

在iOS程序的内存布局中从低到高分保留区、代码段、数据段、堆区、栈区、内核区，具体存储信息如下

• 代码段：编译之后的代码
• 数据段
  • 字符串常量（NSString *str = @"123"）
  • 已初始化的数据：已初始化的全局变量、静态变量等
  • 未初始化的数据：未初始化的全局变量、静态变量等
• 堆区：通过alloc、malloc、calloc等动态分配的空间，分配的内存空间地址越来越大

• 栈区：函数调用开销，比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小
  iOS程序内存布局.png

二、Tagged Pointer

• 从64位开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储
• 在没有使用Tagged Pointer之前，NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值，
• 使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中
• 当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据
• objc_msgSend能识别Tagged Pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销
• 如何判断一个指针是否为Tagged Pointer
  • iOS平台，最高有效位是1（第64位）
  • Mac平台，最低有效位是1

源码

static inline bool 
_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr) 
{
    return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}

#if TARGET_OS_OSX && __x86_64__     //Mac平台
    // 64-bit Mac - tag bit is LSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else                               //iOS平台
    // Everything else - tag bit is MSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif

#define _OBJC_TAG_INDEX_MASK 0x7
// array slot includes the tag bit itself
#define _OBJC_TAG_SLOT_COUNT 16
#define _OBJC_TAG_SLOT_MASK 0xf

#define _OBJC_TAG_EXT_INDEX_MASK 0xff
// array slot has no extra bits
#define _OBJC_TAG_EXT_SLOT_COUNT 256
#define _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK 0xff

#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#   define _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT 60
#   define _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT 60
#   define _OBJC_TAG_PAYLOAD_LSHIFT 4
#   define _OBJC_TAG_PAYLOAD_RSHIFT 4
#   define _OBJC_TAG_EXT_MASK (0xfUL<<60)
#   define _OBJC_TAG_EXT_INDEX_SHIFT 52
#   define _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT 52
#   define _OBJC_TAG_EXT_PAYLOAD_LSHIFT 12
#   define _OBJC_TAG_EXT_PAYLOAD_RSHIFT 12
#else
#   define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#   define _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT 1
#   define _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT 0
#   define _OBJC_TAG_PAYLOAD_LSHIFT 0
#   define _OBJC_TAG_PAYLOAD_RSHIFT 4
#   define _OBJC_TAG_EXT_MASK 0xfUL
#   define _OBJC_TAG_EXT_INDEX_SHIFT 4
#   define _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT 4
#   define _OBJC_TAG_EXT_PAYLOAD_LSHIFT 0
#   define _OBJC_TAG_EXT_PAYLOAD_RSHIFT 12
#endif

Tagged Pointer 和对象存储的区别

• 测试代码

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
}

bool isTaggedPointer(id pointer) {
    return ((long)((__bridge void *)pointer) & 1<<63) == 1<<63;
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    NSNumber *num1 = @4;
    NSNumber *num2 = @5;
    NSNumber *num3 = @(0xFFFF);
    
    NSLog(@"%p, %p, %p", num1, num2, num3);
    NSLog(@"%d, %d, %d", isTaggedPointer(num2), isTaggedPointer(num2), isTaggedPointer(num2));
}

@end

• 打印输出

2018-07-27 11:00:16.450072+0800 01-tagged Pointer[44145:2749864] 0xb000000000000042, 0xb000000000000052, 0xb0000000000ffff2
2018-07-27 11:00:16.450268+0800 01-tagged Pointer[44145:2749864] 1, 1, 1

• 分析：num1、num2、num3的最高位是1，所以num1、num2、num3都是Tagged Pointer

TaggedPointer和对象在使用的区别

• 测试代码

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, copy) NSString *str;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
}


- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    [self taggedPointer_test];
}


/**
 对象赋值
 */
- (void)objc_test {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            NSLog(@"%s", __func__);
            self.str = [NSString stringWithFormat:@"qwertyuiopasdfghjkl"];
        });
    }
}

/**
 TaggedPointer赋值
 */
- (void)taggedPointer_test {
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
            self.str = [NSString stringWithFormat:@"qwer"];
        });
    }
}

@end

• 分析
  • 调用objc_test方法程序会崩溃，而调用taggedPointer_test方法程序不会崩溃
  • objc_test方法和taggedPointer_test方法的区别只是赋值的不同
  • 调用objc_test方法崩溃，是因为在给str赋值时，在set方法的底层会先对[_str release]，再对_str = str，由于是多线程这样就会造成同时调用[_str release]，造成崩溃
  • 所以需要给str赋值这句代码进行加锁来解决这个崩溃的问题