獲取內(nèi)存大小

上一篇我們簡單的提了下內(nèi)存字節(jié)對齊以及為什么要內(nèi)存字節(jié)對齊，那么我們首先看下有什么方式可以獲取內(nèi)存大小。

• sizeof(type)主要是獲取數(shù)據(jù)類型占用的內(nèi)存大小。
  我們先打印下各數(shù)據(jù)類型占用的內(nèi)存情況：

 //基本數(shù)據(jù)類型
 NSLog(@"char內(nèi)存大小為%lu",sizeof(char));//char:1
 NSLog(@"BOOL內(nèi)存大小為%lu",sizeof(BOOL));  // BOOL:1
 NSLog(@"short內(nèi)存大小為%lu",sizeof(short));  // short:2
 NSLog(@"int內(nèi)存大小%lu",sizeof(int));  // int:4
 NSLog(@"float內(nèi)存大小為%lu",sizeof(float));  // float:4
 NSLog(@"long內(nèi)存大小為%lu",sizeof(long));  // long:8
 NSLog(@"double內(nèi)存大小為%lu",sizeof(double));  // double:8
  //結(jié)構(gòu)體類型
  struct Struct1{
       int age;
   }test1;           //4
  struct Struct2{
       int age;
       float point;
   }test2;          //8
   struct Struct3{
       double d;
       int age;
       float point;
   }test3;          //16
  NSLog(@"test1內(nèi)存大小為%lu,test2內(nèi)存大小為%lu,test3內(nèi)存大小為%lu,",sizeof(test1),sizeof(test2),sizeof(test3));    

內(nèi)存大小.png

• class_getInstanceSize方法可以獲取對象在堆空間中實(shí)際占用的內(nèi)存情況，只能傳入對象。
• malloc_size可以獲取實(shí)際為對象開辟的內(nèi)存空間大小情況，只能傳入對象。實(shí)際分配的和實(shí)際占用的內(nèi)存大小并不相同。

內(nèi)存對齊的理解

我們已經(jīng)知道cpu讀取內(nèi)存是以塊為單位進(jìn)行讀取，如果讀取的內(nèi)容正好在一個塊內(nèi)，那么一次就能讀取。如果讀取的內(nèi)容分布在了兩個塊，那么就需要至少讀兩次，還要做額為的剔除合并的處理，降低了讀取效率。所以讀取的內(nèi)容的末端可以認(rèn)為這塊內(nèi)容的邊界，那么如何用最少的次數(shù)讀取到內(nèi)容的處理就是內(nèi)存對齊。

內(nèi)存對齊規(guī)則

• 數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個數(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小（只要該成員有子成員，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:如果一個結(jié)構(gòu)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)倍地址開始存儲.(struct a里存有struct b,b里有int ,double等元素,那b應(yīng)該從8的整數(shù)倍開始存儲)。

• 補(bǔ)充:結(jié)構(gòu)體的總大小,也就是sizeof的結(jié)果，必須是其內(nèi)部最大成員的整數(shù)倍，不足的要補(bǔ)齊。

總之，內(nèi)存對齊原則就是：min(m,n) //m為開始的位置，n為所占位數(shù)。當(dāng)m是n的整數(shù)倍時，條件滿足；否則m位空余，繼續(xù)取下一位m+1，繼續(xù)min算法：

內(nèi)存對齊原則.png

結(jié)構(gòu)體對齊

下面我們通過結(jié)構(gòu)體對齊的例子來理解內(nèi)存對齊原則。

定義兩個結(jié)構(gòu)體：

struct OCStruct1{
    double a; //8  0-7
    char b; //1   8
    int c; //4    12-15
    short d; //2  16 17
}struct1;                         結(jié)構(gòu)體內(nèi)存大小為24

struct OCStruct2{
    double a; //8 0-7
    int c;   //4  8-11
    char b; //1 12
    short d; //2  14-15    
}struct2;                        結(jié)構(gòu)體內(nèi)存大小為16

NSLog(@"struct1=%lu, struct2=%lu",sizeof(test1),sizeof(test2));

打印后可以看出struct1內(nèi)存大小為24，struct2內(nèi)存大小為16。擁有相同的元素，內(nèi)存大小卻不一樣，為什么呢？我們根據(jù)內(nèi)存對齊原則來進(jìn)行計(jì)算struct1的內(nèi)存大小:

• 先存放double a,占8個字節(jié)，根據(jù)min(0,8),從0開始存放8個字節(jié)，即0-7位存放a。
• 然后存放char b,占1個字節(jié)，起始位置為8，根據(jù)min(8,1),從9開始存放1個字節(jié)，即8存放b。
• 然后存放int c,占4個字節(jié)，起始位置為9，根據(jù)min(9,4),4不能被9整除，依次往后找，找到12，從12開始存放4個字節(jié)，即12-15存放c。
• 最后存放short c,占2個字節(jié)，起始位置為16，根據(jù)min(16,2),從16開始存放2個字節(jié)，即16-17存放d。
• 最后根據(jù)補(bǔ)充原則，占用內(nèi)存總大小必須是最大變量占用的內(nèi)存大小的整數(shù)倍，在此例子里即必須是8的倍數(shù)，所以內(nèi)存大小最終確定為24。

同理計(jì)算struct2的內(nèi)存大小:

• 先存放double a,占8個字節(jié)，根據(jù)min(0,8),從0開始存放8個字節(jié)，即0-7位存放a。
• 然后存放int c,占4個字節(jié)，起始位置為8，根據(jù)min(8,4),從8開始存放4個字節(jié)，即8-11存放'c'。
• 然后存放char b,占1個字節(jié)，起始位置為12，根據(jù)min(12,1),從12開始存放1個字節(jié)，即12存放'b'。
• 最后存放short d,占2個字節(jié)d，起始位置為13，根據(jù)min(16,2),2不能被13整除，繼續(xù)往后查找，從14開始存放2個字節(jié)，即14-15存放'd'。
• 最后根據(jù)補(bǔ)充原則，占用內(nèi)存總大小必須是最大變量占用的內(nèi)存大小的整數(shù)倍，在此例子里即必須是8的倍數(shù)，所以內(nèi)存大小最終確定為16。

內(nèi)存優(yōu)化

從上面的例子我們可以看出結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小和結(jié)構(gòu)體內(nèi)成員的順序是有關(guān)系的，根據(jù)這點(diǎn)我們在寫結(jié)構(gòu)體的時候可以進(jìn)行屬性重排，內(nèi)存優(yōu)化。

結(jié)構(gòu)體成員按照內(nèi)存從大到小的順序排列的話，只需要增加少量的內(nèi)存空余就可以完成內(nèi)存對齊。所以內(nèi)存對齊并不是一味的追求用空間換時間，能優(yōu)化的空間還是最好優(yōu)化的。

結(jié)構(gòu)體嵌套的內(nèi)存大小

下面我們根據(jù)內(nèi)存對齊原則看下結(jié)構(gòu)體嵌套結(jié)構(gòu)體的情況：

struct OCStruct3{
    char b;
    int c;
    double a;
    short d;
}struct3;

struct OCStruct4{
    double a;
    int c;
    char b;
    short d;
    struct OCStruct3 stuct3;
}struct4;

NSLog(@"struct3內(nèi)存大小為%lu，struct4內(nèi)存大小為%lu",sizeof(struct3)，sizeof(struct4));

打印后的struct4內(nèi)存大小為40，現(xiàn)在我們計(jì)算下是不是40：

結(jié)構(gòu)體的嵌套等同于將從子結(jié)構(gòu)體中將成員變量直接放到父成員變量中：

struct OCStruct4{
            double a;
            int c;
            char b;
            short d;
            struct OCStruct3{
                char b;
                int c;
                double a;
                short d;
            }struct3;
        }struct4;

• 先存放double a,占8個字節(jié)，根據(jù)min(0,8),從0開始存放8個字節(jié)，即0-7位存放a。
• 然后存放int c,占4個字節(jié)，起始位置為8，根據(jù)min(8,4),從8開始存放4個字節(jié)，即8-11存放'c'。
• 然后存放char b,占1個字節(jié)，起始位置為12，根據(jù)min(12,1),從12開始存放1個字節(jié)，即12存放'b'。
• 然后存放short d,占2個字節(jié)d，起始位置為13，根據(jù)min(16,2),2不能被13整除，繼續(xù)往后查找，從14開始存放2個字節(jié)，即14-15存放'd'。
• 然后存放結(jié)構(gòu)體struct3里的char b,占1個字節(jié)，根據(jù)內(nèi)存對齊原則第二條必須從結(jié)構(gòu)體內(nèi)最大元素內(nèi)存大小的整數(shù)倍，所以應(yīng)該是8的倍數(shù)，而16正好被8整除，所以從16開始存放1個字節(jié)，即16存放struct3里的b。
• 然后存放結(jié)構(gòu)體struct3里的int c,占4個字節(jié)，起始位置為17，根據(jù)min(17,4)，17不能被4整除，往后查找，從20開始存放4個字節(jié)，即20-23存放struct3里的c。
• 然后存放結(jié)構(gòu)體struct3里的double a,占8個字節(jié)，起始位置為24，根據(jù)min(24,8)，從24開始存放8個字節(jié)，即24-31存放struct3里的a。
• 然后存放結(jié)構(gòu)體struct3里的short d,占2個字節(jié)，起始位置為32，根據(jù)min(32,2)，從32開始存放2個字節(jié)，即32-33存放struct3里的d。
• 最后根據(jù)補(bǔ)充原則，占用內(nèi)存總大小必須是最大變量占用的內(nèi)存大小的整數(shù)倍，在此例子里即必須是8的倍數(shù)，所以內(nèi)存大小最終確定為40。

總之，內(nèi)存對齊的作用不僅是便于cpu快速訪問，同時合理的利用內(nèi)存對齊可以有效地節(jié)省存儲空間。