iOS底层探究-05：内存对齐

获取内存大小的三种方式

• sizeof
• class_getInstanceSize
• malloc_size

sizeof

• 1、sizeof是一个操作符，不是函数
• 2、我们一般用sizeof计算内存大小时，传入的是数据类型，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。
• 3、sizeof最终得到的结果是该数据类型占用空间的大小

class_getInstanceSize

这个方法在iOS底层探究-03：alloc & init & new 源码分析分析时就已经分析了，是runtime提供的api，用于获取类的实例对象所占用的内存大小，并返回具体的字节数，其本质就是获取实例对象中成员变量的内存大小

malloc_size

这个函数是获取系统实际分配的内存大小

通过以下代码验证一下：

以下是打印结果：

总结

• sizeof：计算类型占用的内存大小，其中可以放 基本数据类型、对象、指针

  • 对于类似于int这样的基本数据而言，sizeof获取的就是数据类型占用的内存大小，不同的数据类型所占用的内存大小是不一样的

  • 而对于类似于NSObject定义的实例对象而言，其对象类型的本质就是一个结构体（即 struct objc_object）的指针，所以sizeof(objc)打印的是对象objc的指针大小，我们知道一个指针的内存大小是8，所以sizeof(objc) 打印是 8。注意：这里的8字节与isa指针一点关系都没有！！！）

  • 对于指针而言，sizeof打印的就是8，因为一个指针的内存大小是8

• class_getInstanceSize：计算对象实际占用的内存大小，这个需要依据类的属性而变化，如果自定义类没有自定义属性，仅仅只是继承自NSObject，则类的实例对象实际占用的内存大小是8，可以简单理解为8字节对齐
• malloc_size：计算对象实际分配的内存大小，这个是由系统完成的，可以从上面的打印结果看出，实际分配的和实际占用的内存大小并不相等，这个问题可以通过iOS底层探究-03：alloc & init & new 源码分析中的16字节对齐算法来解释这个问题

结构体内存对齐

我们定义两个结构体，分别计算他们的内存大小，以此来探究内存对齐原理

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

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

NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(person),sizeof(bus));

以下是输出结果：

从打印结果我们可以看出一个问题，两个结构体乍一看，没什么区别，其中定义的变量 和 变量类型都是一致的，唯一的区别只是在于定义变量的顺序不一致，那为什么他们做占用的内存大小不相等呢？其实这就是iOS中的内存字节对齐现象

内存对齐原则有以下三点：

• 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: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。

验证对齐规则

下表是各种数据类型在ios中的占用内存大小，根据对应类型来计算结构体中内存大小

结构体 Person 内存大小计算

根据内存对齐规则计算Person的内存大小，详解过程如下：

• 变量a：占8个字节，从0开始，此时min（0，8），即 0 -7 存储 a
• 变量b：占1个字节，从8开始，此时min（8，1），8可以整除1，即 8 存储 b
• 变量c：占4个字节，从9开始，此时min（9，4），9不能整除4，继续往后移动，直到min（12，4），12可以整除4，从12开始，即 12 -15 存储 c
• 变量d：占2个字节，从16开始，此时min(16, 2)，16可以整除2，即16 - 17 存储 d
  因此Person的需要的内存大小为 18字节，而Person中最大变量的字节数为8，所以 Person 实际的内存大小必须是 8 的整数倍，18向上取整到24，主要是因为24是8的整数倍，所以 sizeof(Person) 的结果是 24

结构体 Bus 内存大小计算

根据内存对齐规则计算Bus的内存大小，详解过程如下：

• 变量a：占8个字节，从0开始，此时min（0，8），即 0 -7 存储 a
• 变量b：占4个字节，从8开始，此时min（8，4），8可以整除4，即 8 -11 存储 b
• 变量c：占1个字节，从12开始，此时min（12，1），12可以整除1，即 12 存储 c
• 变量d：占2个字节，从13开始，此时min(13, 2)，13不能整除2，继续往后移动，直到min（14，2），14可以整除2，从14开始，即14 - 15 存储 d
  因此Bus的需要的内存大小为 16字节，而Bus中最大变量的字节数为8，所以 Bus 实际的内存大小必须是 8 的整数倍（就不需要向上取整），16刚好是8的整数倍，所以 sizeof(Bus) 的结果是 16

结构体嵌套结构体

在定义一个结构体PersonBus，在PersonBus中嵌套Bus，如下所示

struct PersonBus {
    double a;   // 8
    char b;     // 1
    int c;      // 4
    short d;    // 2
    struct Bus bus1;
} personBus;

NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(personBus),sizeof(personBus.bus1));

打印结果如下：

分析 PersonBus 的内存计算

• 变量a：占8个字节，从0开始，此时min（0，8），即 0 -7 存储 a
• 变量b：占1个字节，从8开始，此时min（8，1），8可以整除1，即 8 存储 b
• 变量c：占4个字节，从9开始，此时min（9，4），9不能整除4，继续往后移动，直到min（12，4），12可以整除4，从12开始，即 12 -15 存储 c
• 变量d：占2个字节，从16开始，此时min(16, 2)，16可以整除2，即16 - 17 存储 d
• 结构体成员bus1：bus1是一个结构体，根据内存对齐2:结构体作为成员，结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍开始存储，而Bus中最大的成员大小为8，所以bus1要从8的整数倍开始，当前是从18开始，所以不符合要求，需要往后移动到24，24是8的整数倍，符合内存对齐原则，所以 24-39 存储 bus1
  因此PersonBus的需要的内存大小为 40字节，而PersonBus中最大变量为bus1, 其最大成员内存字节数为8，根据内存对齐原则，所以 PersonBus 实际的内存大小必须是 8 的整数倍，40正好是8的整数倍，所以 sizeof(PersonBus) 的结果是 40