认识Tagged Pointer

提问:
1.什么是Tagged Pointer?
2.为什么要引进Tagged Pointe？
3.Tagged Pointer有什么优势？

前言：
苹果从64bit开始，iOS就引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber，NSDate,NSString等小对象的存储。

我们首先看一下在没有使用Tagged Pointer之前，我们知道一个int = 10的类型的变量占4个字节，当我们要变成对象存储时，使用NSNumber去包装。那么就需要alloc去堆空间分配内存，创建一个NSNumber对象。number指针存储着指向堆空间中NSNumber的地址，然而搞了这么久就是为了存储一个10这个常量。OC对象创建最少是16个字节，number指针8个字节，那么就是24字节去存储，这样就很浪费内存。另外还要去维护NSNumber的引用计数。所以自然而然的就引进了Tagged Pointer技术。

在使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了两部分：Tag + Data，Tag表示存储的是什么，Data表示10这个存储的数据，也就是说直接将数据存储到指针当中。
只有当指针不够存储数据的时候，才会使用动态分配内存的方式去存储数据

NSNumber *number1 = @1;
        NSNumber *number2 = @2;
        NSNumber *number3 = @4;
        NSNumber *number4 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFF);
        
        NSLog(@"\n%p, \n%p, \n%p, \n%p",
              number1,
              number2,
              number3,
              number4);

打印出来的：
0x85a71efa4c777121, 
0x85a71efa4c777221, 
0x85a71efa4c777421, 
0x1029448a0

由此我们可以看到number前三个跟第四个地址值是不一样的。而且我们可以观察到，我们去掉末尾的21，看到的不正是显示1，2，4的值吗!

所以我们可以知道Tagged Pointer指针存储的并不是一个地址，而是真正的值。既然它时一个值，那它就不是一个对象了，所以它的内存并不存在堆中。从number4也验证了，当它不够储存数据时，才会去分配内存的方式去存储数据

有人会问，既然它不是一个对象，那么number取值的时候，[number1 intValue]取值是怎么取的，OC对象调用方法本质是发送消息，会转变成objc_msgSend()这个函数去发送消息。这个时候我们查看源码就可以发现在内部已经做了操作。

下面是runtime源码里面函数，判断是否是TaggedPointer：

/// MAC开发并且是64位环境
#if (TARGET_OS_OSX || TARGET_OS_IOSMAC) && __x86_64__ 
    // 64-bit Mac - tag bit is LSB    
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else
    // Everything else - tag bit is MSB   
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif

#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else
#   define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#endif

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

因为我们是iOS，不是MAC开发，所以：OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS = 1，那么 _OBJC_TAG_MASK = (1UL<<63)，那么_objc_isTaggedPointer就可以变成

static inline bool 
_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr)
{
    return ((uintptr_t)ptr & (1UL<<63)) == (1UL<<63);
}

传入地址值，通过&运算，去判断是否是Tagged Pointer

我们再回到上面我们的number的地址值:

0x85a71efa4c777121, 
0x85a71efa4c777221, 
0x85a71efa4c777421, 
0x1029448a0
----&(1UL<<63) 计算---------
0x1000000000000000000...
0x1000000000000000000...
0x1000000000000000000...
0x0000000000000000000...

这样不就验证了是否是Tagged Pointer。

而且当我们去赋值，取值的时候，直接识别Tagged Pointer，从指针中取值，节省了很多调用的开销。这样岂不是优化了很多。所以上面的三个问题自然就能能回答。

以此共勉，热爱生活！