Tagged Pointer 和 nonpointer

前言

在 2013 年 9 月，苹果推出了 iPhone5s，与此同时，iPhone5s 配备了首个采用 64 位架构的 A7双核处理器，为了节省内存和提高执行效率，苹果提出了Tagged Pointer的概念。对于 64 位程序，引入 Tagged Pointer 后，相关逻辑能减少一半的内存占用，以及3 倍的访问速度提升，100倍的创建、销毁速度提升。

问题

我们先看看原有的对象为什么会浪费内存?

假设我们要存储一个 NSNumber对象，其值是一个整数。正常情况下，如果这个整数只是一个 NSInteger的普通变量，那么它所占用的内存是与 CPU 的位数有关，在 32 位 CPU 下占 4个字节，在 64 位CPU 下是占 8 个字节的。而指针类型的大小通常也是与CPU位数相关，一个指针所占用的内存在 32 位 CPU 下为4 个字节，在 64 位 CPU 下也是8个字节。

所以一个普通的 iOS 程序，如果没有Tagged Pointer对象，从 32 位机器迁移到 64 位机器中后，虽然逻辑没有任何变化，但这种 NSNumber、NSDate 一类的对象所占用的内存会翻倍。如下图所示：

01

Tagged Pointer

为了改进上面提到的内存占用和效率问题，苹果提出了Tagged Pointer对象。由于 NSNumber、NSDate 一类的变量本身的值需要占用的内存大小常常不需要8个字节，拿整数来说，4 个字节所能表示的有符号整数就可以达到 20 多亿（注：2^31=2147483648，另外 1 位作为符号位)，对于绝大多数情况都是可以处理的。

所以我们可以将一个对象的指针拆成两部分，一部分直接保存数据，另一部分作为特殊标记，表示这是一个特别的指针，不指向任何一个地址。所以，引入了Tagged Pointer对象之后，64 位 CPU 下NSNumber 的内存图变成了以下这样：

02

• Tagged Pointer是专⻔⽤来存储⼩的对象，例如NSNumber，NSDate等。
• Tagged Pointer指针的值不再是地址了，⽽是真正的值。所以，实际上它不再是⼀个对象了，它只是⼀个披着对象⽪的普通变量⽽已。所以，它的内存并不存储在堆中，也不需要malloc和free。
• 当指针不够存储数据时，就会使用动态分配内存的方式来存储数据。
• 在内存读取上有着3倍的效率，创建时⽐以前快106倍。

总结

苹果将Tagged Pointer引入，给64位系统带来了内存的节省和运行效率的提高。Tagged Pointer通过在其最后一个 bit 位设置一个特殊标记，用于将数据直接保存在指针本身中。因为Tagged Pointer并不是真正的对象。

nonpointer

isa

nonpointer

• 0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
• 1，代表优化过，使用位域存储更多的信息

has_assoc

• 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

has_cxx_dtor

• 是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快

shiftcls

• 存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

magic

• 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化

weakly_referenced

• 是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

deallocating

• 对象是否正在释放

extra_rc

• 里面存储的值是引用计数器减1

has_sidetable_rc

• 引用计数器是否过大无法存储在isa中
• 如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中

参考链接：巧神：
深入理解Tagged Pointer