iOS：Tagged Pointer

提示

文中观点暂时只在 iOS 模拟器上针对 3 中情况进行测试，稳中观点在后期可能不断更新。因此，文中观点可能不够完整甚至是不正确，请自行验证，辩证看待。如有错误，烦请指正哦~~~

一、常量区

iOS 中，使用 @"" 生成的字符串都以常量的形式存储在常量区；

NSString *string = @"caoxk---123456789010101010101001hgsuwwehscas";
NSString *string2 = @"caoxk---123456789010101010101001hgsuwwehscas";

转换成 C/C++之后的代码：

// 直接取常量的内存地址
NSString *string = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_cblctywx29jd6fz28m0w4kyc0000gn_T_main_3b8aa9_mi_0;
NSString *string2 = (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yx_cblctywx29jd6fz28m0w4kyc0000gn_T_main_3b8aa9_mi_1;

如上，直接将常量的内存地址赋值给了局部变量，打印内存也可以验证：

NSLog(@"局部变量内存地址：%p",&string);
NSLog(@"字符串常量在常量区的内存地址：%p",string);
NSLog(@"字符串常量在常量区的内存地址：%p",string2);

输出结果：

局部变量内存地址：0x7ffee495d358
字符串常量在常量区的内存地址：0x10b2a4030
字符串常量在常量区的内存地址：0x10b2a4030

另外，在 Mach-O 文件的 CFString 字段中，可以查看字符串常量：

image

另外，提一嘴全局区的细化：

全局区如果划分的很细的话，可以分为全局已初始化区域、全局未初始化区域。其中全局已初始化区域又可以分为全局变量区、静态常量区。

即：

image

int a = 10;
int b;
int c;
int d = 20;

int main(int argc, char * argv[]) {

    NSLog(@"%p",&a);
    NSLog(@"%p",&b);
    NSLog(@"%p",&c);
    NSLog(@"%p",&d);
}

结果：

2021-02-25 10:47:36.374 XKStringTest[58776:15939603] 0x100938e40
2021-02-25 10:47:36.374 XKStringTest[58776:15939603] 0x100938e48
2021-02-25 10:47:36.374 XKStringTest[58776:15939603] 0x100938e4c
2021-02-25 10:47:36.375 XKStringTest[58776:15939603] 0x100938e44

内存表现：

image

结论：

1. 内存中的常量区分为已初始化常量区和未初始化常量区；
2. 已初始化常量区在内存段前面，未初始化的在内存段后面；
3. 全局区三大区域内存地址顺序不变，声明顺序只影响变量所在区域的先后顺序；

二、Tagged Pointer

Tagged Pointer 使用 20 位的“类”内存地址来表示字符串：

image

解释：

1. 之所以说成 “类” 内存地址，是因为严格意义上而言，不存在这个内存地址。使用内存起始地址 a 来标志这不是一个真实的内存地址，而是一个用于表示字符串的 Tagged Pointer；
2. 用了 18 个 16 进制位来表示 ASCII 码，因此，最多可以表示 9 个 ASCII 字符，这也是为什么超过 9 位的字符串将转为使用堆内存存储；
3. 是用 1 个 16进制位来表示字符串的长度；

上代码：

NSString *string1 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"123"];
NSString *string2 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"124"];
NSString *string3 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"125"];
NSString *string4 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"1256"];
NSString *string5 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"2256"];
NSString *string6 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"abc"];

先看 string1 - string6 的内存地址：

2021-02-25 11:32:32.140 XKStringTest[59022:15957079] string1:0xa000000003332313
2021-02-25 11:32:32.143 XKStringTest[59022:15957079] string2:0xa000000003432313
2021-02-25 11:32:32.144 XKStringTest[59022:15957079] string3:0xa000000003532313
2021-02-25 11:32:32.145 XKStringTest[59022:15957079] string4:0xa000000363532314
2021-02-25 11:32:32.146 XKStringTest[59022:15957079] string5:0xa000000363532324
2021-02-25 11:32:32.147 XKStringTest[59022:15957079] string6:0xa000000006362613

就 string1 而言，最后一位 “3” 表示字符串的长度，而 33、32、31 转化成 10 进制依次为：51、50、49，查询 ASCII 表：

image

所以，0xa000000003332313 即表示 123，再看 string6，同理，61，62，63 分别表示 a、b、c，其他的自行推证；

总结：

• 18个进制位按照倒序方式，每两个 16 进制位表示一个字符串所对应的 ASCII 字符；

继续看代码：

NSString *string7 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"1234567"];
NSString *string8 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"12345678"];
NSString *string9 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"abcdefghi"];
NSString *string10 = [NSString stringWithFormat:@"%@",@"1234567890"];

打印结果：

2021-02-25 11:39:23.384 XKStringTest[59049:15960223] string7:0xa373635343332317
2021-02-25 11:39:23.388 XKStringTest[59049:15960223] string8:0xa007a87dcaecc2a8
2021-02-25 11:39:23.389 XKStringTest[59049:15960223] string9:0xa0880e28045a5419
2021-02-25 11:39:23.390 XKStringTest[59049:15960223] string10:0x60000002bee0

从上可以看到，当字符串长度为 10 时，内存地址发生了显著变化，而这个明显就是堆内存地址，可以打印内存地址验证：

NSString *constString = @"123";
NSLog(@"常量区地址:%p",constString);
NSLog(@"栈地址:%p",&string10);
NSLog(@"堆地址:%p",string10);
NSLog(@"Tagged Pointer:%p",string9);

输出结果：

2021-02-25 11:42:11.609 XKStringTest[59110:15962307] 常量区地址:0x1009db160
2021-02-25 11:42:11.610 XKStringTest[59110:15962307] 栈地址:0x7ffeef226340
2021-02-25 11:42:11.611 XKStringTest[59110:15962307] 堆地址:0x60800002d1c0
2021-02-25 11:42:11.611 XKStringTest[59110:15962307] Tagged Pointer:0xa0880e28045a5419

总结：

• Tagger Pointer 最多表示长度为 9 的字符串；

三、堆内存

根据上面的示例，已经可以下结论：

• 使用 init 方法生成的字符串，如果大于 9 位，则以堆内存的形式存储；

可能 NSString 的各种方法有潜规则，有可能有不使用 Tagged Pointer 的方法，此时即使是长度小于 9 的字符串，也可能是存在堆内存中，这里就不去深究了，遇到了再具体看就行。

还需要提一嘴的是：

NSString 对象在堆内存中不是从内存地址的一开始就是表示字符串的，比如 string10(@"1234567890") 查看堆内存的表现是：

image

这也很好理解，应为 NSString 为 NSObject，还有一些其他的属性需要表示，根据一些重排规则(比如struct 内存对齐、比如 Apple 的内存重排优化)排在前面也不可厚非；

四、总结

总结：

1. iOS 中的字符串以常量、Tagged Pointer、堆内存的三种形式存在；
2. Tagged Pointer 最多表示 9 个字符串；