引言

內(nèi)存對齊是內(nèi)存里面一個(gè)很重要的詞匯，可是大部分開發(fā)者對這個(gè)詞匯的含義都是一知半解。

 WJPerson*wj = [WJPerson alloc];
wj.name = @"無極";
wj.age = 30;
NSLog(@"對象類型的內(nèi)存大?。?lu",sizeof(wj));
NSLog(@"對象實(shí)際的內(nèi)存大?。?lu",class_getInstanceSize([wj class]));
NSLog(@"對象分配的內(nèi)存大?。?lu",malloc_size((__bridge const void *)(wj)));
NSLog(@"-----------------------------------------");

WJPerson*wj2;
NSLog(@"對象類型的內(nèi)存大?。?lu",sizeof(wj2));
NSLog(@"對象實(shí)際的內(nèi)存大?。?lu",class_getInstanceSize([wj2 class]));
NSLog(@"對象分配的內(nèi)存大?。?lu",malloc_size((__bridge const void *)(wj2)));

輸出結(jié)果：

2021-06-16 13:12:08.712404+0800 內(nèi)存對齊[3440:72350] 對象類型的內(nèi)存大?。?
2021-06-16 13:12:08.712537+0800 內(nèi)存對齊[3440:72350] 對象實(shí)際的內(nèi)存大小：24
2021-06-16 13:12:08.712659+0800 內(nèi)存對齊[3440:72350] 對象分配的內(nèi)存大?。?2
2021-06-16 13:12:08.712746+0800 內(nèi)存對齊[3440:72350] -----------------------------------------
2021-06-16 13:12:08.712831+0800 內(nèi)存對齊      [3440:72350] 對象類型的內(nèi)存大?。?
2021-06-16 13:12:08.712923+0800 內(nèi)存對齊[3440:72350] 對象實(shí)際的內(nèi)存大小：0
2021-06-16 13:12:08.713007+0800 內(nèi)存對齊[3440:72350] 對象分配的內(nèi)存大?。?

結(jié)果分析：

• sizeof：對象類型的內(nèi)存大小，sizeof是用來計(jì)算一個(gè)變量或者一個(gè)常量、一種數(shù)據(jù)類型所占的內(nèi)存字節(jié)數(shù)。自定義對象的本質(zhì)是結(jié)構(gòu)體指針，所以占8個(gè)字節(jié)。
• class_getInstanceSize：對象實(shí)際（對齊后）的內(nèi)存大小，內(nèi)存大小是由類的成員變量的大小決定的。實(shí)際上并不是嚴(yán)格意義上的對象的內(nèi)存的大小，因?yàn)閮?nèi)存進(jìn)行了8字節(jié)對齊，所以wj的內(nèi)存大小是24而不是20。而wj2只是聲明變量，并沒有走alloc方法開辟內(nèi)存，所以大小是0。核心內(nèi)存大小算法是：define WORD_MASK 7UL （(x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK
• malloc_size：系統(tǒng)實(shí)際分配的內(nèi)存大小，以16字節(jié)對齊，不足16的自動補(bǔ)齊。注意：系統(tǒng)的16字節(jié)對齊是在實(shí)際的內(nèi)存大小（經(jīng)過8字節(jié)對齊后）的基礎(chǔ)上。上面的wj對象實(shí)際內(nèi)存大小24字節(jié)，不是16的倍數(shù)，所以系統(tǒng)實(shí)際分配為32。

問題：class_getInstanceSize 和 malloc_size 底層做了什么？我們?nèi)绾沃?code>class_getInstanceSize是8字節(jié)對齊，而malloc_size是16字節(jié)對齊？

在研究后面重點(diǎn)之前，我們先來看下基本數(shù)據(jù)類型在arm64環(huán)境下占用的內(nèi)存大小。

基本數(shù)據(jù)類型所占字節(jié)數(shù).gif

下面解釋為什么計(jì)算機(jī)會有內(nèi)存對齊的概念，出于什么目的要內(nèi)存對齊。

• 內(nèi)存是以字節(jié)為基本單位，cpu在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，是以塊為單位讀取，并不是以字節(jié)為單位讀取。頻繁讀取未對齊的數(shù)據(jù)，會加大cpu的開銷。字節(jié)對齊后，會降低cpu的存取次數(shù)，這種以空間換時(shí)間的做法降低了cpu的開銷。
• cpu存?。菏且?code>塊為單位，存取未對齊的數(shù)據(jù)可能開始在上一個(gè)內(nèi)存塊，結(jié)束在另一個(gè)內(nèi)存塊。這樣中間可能要經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算在合并在一起，降低了效率，字節(jié)對齊后，提高了cpu的訪問效率。

內(nèi)存對齊規(guī)則：

數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)體（struct）(或聯(lián)合體(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個(gè)數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方(即首地址的位置)，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員存儲的起始位置要從該成員大小或者成員的子成員大?。ㄖ灰摮蓡T有子成員，比如說是數(shù)組，結(jié)構(gòu)體等）的整數(shù)倍開始（比如int為4字節(jié)），則要從4的整數(shù)倍地址開始存儲。
結(jié)構(gòu)體作為成員變量：如果一個(gè)結(jié)構(gòu)體里有某些結(jié)構(gòu)體成員，則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍開始存儲（struct a里有struct b，b里有char，int，double等元素，那b應(yīng)該從8（doudle為8 ）的整數(shù)倍開始存儲）

下面我們先來看一個(gè)例子：

struct內(nèi)存.gif

struct WJPerson1{
double a;       
char b;       
int c;          
short d;
}myPerson1;
struct WJPerson2
{
double b;
int c;
char a;
short d;
}myPerson2;
NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(myPerson1),sizeof(myPerson2));

輸出結(jié)果：

 2021-06-16 16:13:21.621334+0800 內(nèi)存對齊[4074:158189] 24-16

從上面我們可以看出，myPerson1和myPerson2兩個(gè)結(jié)構(gòu)體里面元素是一樣的，只是順序不同，內(nèi)存大小卻不一樣，為什么？這就是結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊。

具體分析如下：[p,q] p表示當(dāng)前開始的位置，q表示大小
myPerson1：

• double a: [0,7] 即（0~7存放a）
• char b:[8,1] 即（8存放b）
• int c:[12,15] 即（9,10,11不是int 4得出倍數(shù)，廢棄，12~15存放c）
• short d:[16,2] 即（16 ~ 17存放d）

myPerson2：

• double a: (0,7) 即（0~7存放a）
• int b:(8,4) 即（8~11存放b）
• char c:(12,1) 即（12存放c）
• short d:(14,2) 即（13不是d（ short 2的倍數(shù)）位置廢棄，14 ~ 15存放d）

下面這個(gè)是嵌套的結(jié)構(gòu)體
struct WJPerson3 {
double a;
int b;
char c;
short d;
int e;
struct WJPerson1 str;
} myPerson3;

struct嵌套內(nèi)存.gif

myPerson3具體分析如下：

• double a: [0,7] 即（0~7存放a）
• char b:[8,1] 即（8存放b）
• int c:[12,15] 即（9,10,11不是int 4得出倍數(shù)，廢棄，12~15存放c）
• short d:[16,2] 即（16 ~ 17存放d）
• int e：(20,4) 即（18,19不是int 4得出倍數(shù)，廢棄.20 ~ 23存放d）
• 變量str: str是結(jié)構(gòu)體變量，內(nèi)存對齊原則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開始存儲。WJPerson1 中的最大的變量a( double)占8字節(jié)，所以offset從24開始，WJPerson1的內(nèi)存大小是18字節(jié)。[24，18]，即24 ~ 42存放 str，計(jì)算出來的是42個(gè)字節(jié)，但是myPerson3中最大的變量是str和 a都是 8 字節(jié)，所以myPerson3的實(shí)際內(nèi)存大小必須是8的整數(shù)倍，42不是8的整數(shù)倍，因此補(bǔ)齊應(yīng)該是48.