OC底層原理學(xué)習(xí)

iOS中獲取內(nèi)存大小的三種方式

1. sizeof
   得到的結(jié)果是數(shù)據(jù)類型占用的空間大小，傳入的參數(shù)是數(shù)據(jù)類型，在編譯階段就會確定的大小
2. class_getInstanceSize
   導(dǎo)入頭文件runtime.h,runtime提供的api,獲取對象的內(nèi)存大小
3. malloc_size
   導(dǎo)入頭文件malloc.h，獲取系統(tǒng)實(shí)際分配的內(nèi)存大小

NSObject內(nèi)存對齊

結(jié)果
sizeof:sizeof 打印的是 objc的指針，一個(gè)指針8字節(jié)
class_getInstanceSize：NSObject沒有任何屬性，但是他有一個(gè)isa指針，所以它的內(nèi)存大小也是8字節(jié)
malloc_size：16？why?帶著疑問去看alloc源碼
上一章提到alloc 源碼核心方法是 _class_createInstanceFromZone，這個(gè)方法做了3件事

1. cls->instanceSize(extraBytes): 計(jì)算需要開辟多大的內(nèi)存空間
2. (id)calloc(1, size): 申請內(nèi)存，返回地址指針
3. obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor) ：將類與isa指針關(guān)聯(lián)

這一章我們分析一下內(nèi)存

instanceSize源碼

    size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
        //編譯器快速計(jì)算內(nèi)存大小
        if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
            //加斷點(diǎn)走到這里
            return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
        }
        //計(jì)算類中所有屬性的大小 + extraBytes（這時(shí)候是0）
        size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
        // CF requires all objects be at least 16 bytes.
        //如果size 小于 16，取16 ，16對齊
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
    }

fastInstanceSize源碼

  size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
    {
        ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));

        if (__builtin_constant_p(extra) && extra == 0) {
            return _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK16;
        } else {
            //加斷點(diǎn)走到這里
            size_t size = _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK;
            // remove the FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 that was added
            // by setFastInstanceSize
            return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
        }
    }

align16 16字節(jié)對齊算法

static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

總結(jié)
NSObject alloc后，開辟的內(nèi)存大小在計(jì)算完所有屬性大小后，還要再來個(gè)16字節(jié)對齊！malloc_size獲取的就是對象實(shí)際占用的內(nèi)存大小

那么新的問題來了， 為什么要16字節(jié)對齊？原因有以下幾點(diǎn)

• 通常內(nèi)存是由一個(gè)個(gè)字節(jié)組成的，cpu在存取數(shù)據(jù)時(shí)，并不是以字節(jié)為單位存儲，而是以塊為單位存取，塊的大小為內(nèi)存存取力度。頻繁存取字節(jié)未對齊的數(shù)據(jù)，會極大降低cpu的性能，所以可以通過減少存取次數(shù)來降低cpu的開銷
• 16字節(jié)對齊，是由于在一個(gè)對象中，第一個(gè)屬性isa占8字節(jié)，當(dāng)然一個(gè)對象肯定還有其他屬性，當(dāng)無屬性時(shí)，會預(yù)留8字節(jié)，即16字節(jié)對齊，如果不預(yù)留，相當(dāng)于這個(gè)對象的isa和其他對象的isa緊挨著，容易造成訪問混亂（蘋果早期是8字節(jié)對齊，現(xiàn)在新的系統(tǒng)是16字節(jié)對齊）
• 16字節(jié)對齊后，可以加快CPU讀取速度，同時(shí)使訪問更安全，不會產(chǎn)生訪問混亂的情況

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

//1、定義兩個(gè)結(jié)構(gòu)體
struct Mystruct1{
    char a;     //1字節(jié)
    double b;   //8字節(jié)
    int c;      //4字節(jié)
    short d;    //2字節(jié)
}Mystruct1;

struct Mystruct2{
    double b;   //8字節(jié)
    int c;      //4字節(jié)
    short d;    //2字節(jié)
    char a;     //1字節(jié)
}Mystruct2;

兩個(gè)結(jié)構(gòu)體除了變量順序不一樣以外都一樣，結(jié)果確不一樣，這就是因?yàn)閮?nèi)存對齊

8字節(jié)對齊規(guī)則

每個(gè)特定平臺上的編譯器都有自己的默認(rèn)“對齊系數(shù)”(也叫對齊模數(shù))。程序員可以通過預(yù)編譯命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16來改變這一系數(shù)，其中的n就是你要指定的“對齊系數(shù)”。在ios中，Xcode默認(rèn)為#pragma pack(8)，即8字節(jié)對齊

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊原則

1. 數(shù)據(jù)成員的對齊規(guī)則可以理解為min(m, n) 的公式, 其中 m表示當(dāng)前成員的開始位置, n表示當(dāng)前成員所需要的位數(shù)。如果滿足條件 m 整除 n （即 m % n == 0）, n 從 m 位置開始存儲, 反之繼續(xù)檢查m+1 能否整除 n, 直到可以整除, 從而就確定了當(dāng)前成員的開始位置。
2. 數(shù)據(jù)成員為結(jié)構(gòu)體：當(dāng)結(jié)構(gòu)體嵌套了結(jié)構(gòu)體時(shí)，作為數(shù)據(jù)成員的結(jié)構(gòu)體的自身長度作為外部結(jié)構(gòu)體的最大成員的內(nèi)存大小，比如結(jié)構(gòu)體a嵌套結(jié)構(gòu)體b，b中有char、int、double等，則b的自身長度為8
3. 最后結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小必須是結(jié)構(gòu)體中最大成員內(nèi)存大小的整數(shù)倍，不足的需要補(bǔ)齊。

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊驗(yàn)證

Mystruct2的內(nèi)存分布

驗(yàn)證一下原則2，定義一個(gè)Mystruct3

struct Mystruct3{
    char a;     //1字節(jié)
    struct Mystruct1 struct1;
}Mystruct3;

總結(jié)
在定義結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，根據(jù)內(nèi)存從大到小的順序定義，可以省內(nèi)存空間
那么NSObject 會不會有這個(gè)問題呢？繼續(xù)

NSObject內(nèi)存優(yōu)化

定義一個(gè)繼承于NSObject的Person類

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString * name;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;

@end

person的內(nèi)存分布

接下來我算下person的大小，isa指針8字節(jié)，age、height 8字節(jié)，name8字節(jié)，再根據(jù)16字節(jié)算法，開辟的內(nèi)存大小32？打印結(jié)果如下

總結(jié)
計(jì)算屬性內(nèi)存的大小時(shí)class_getInstanceSize按照8字節(jié)對齊計(jì)算,但是真正開辟的內(nèi)存空間大小malloc_size是按照16字節(jié)對齊計(jì)算