OC底层原理 05: 内存对齐原理

主动已经是我对热爱东西表达的极限了

• 通过对结构体内存是如何对齐的？打开内存对齐原理的大门。

在探究内存对齐之前，先了解内存对齐的原则:

一: 数据成员对⻬规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第
一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要
从该成员大小或者成员的子成员大小(只要该成员有子成员，比如说是数组，
结构体等)的整数倍开始(比如int为4字节,则要从4的整数倍地址开始存
储。
二: 结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从
其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储.(struct a里存有struct b,b
里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)
三: 收尾工作:结构体的总大小,也就是sizeof的结果,.必须是其内部最大成员的整数倍.不足的要补⻬。

内存对齐原则过于枯燥，通过两个结构体的讲解来进行分析内存对齐原则 理解

• 结构体内存对齐

定义结构体如下：

struct TTStruct1 {
    double a; 
    char b;    
    int c;      
    short d;    
}struct1;

struct TTStruct2 {
    double a; 
    int b;     
    char c;    
    short d;  
}struct2;

直接打印出当前结构体内存大小

NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(struct1),sizeof(struct2));

结果如下：

结构体内存占用大小截图

• 为什么两个相同数据类型的结构体，占用内存大小不一致了？

各种数据类型在iOS中的占用内存大小对照表：

数据类型对应内存大小截图

• 结构体内存大小计算

根据表中数据类型和占用内存大小，可以看出struct1 中的数据类型对应的字节大小分别为：
a对应的未8字节
b对应的未1字节
c对应的未4字节
d对应的未2字节

很明显 8+1+4+2 != 24，那为什么struct1 的size 打印出结果是24呢？

根据内存对齐规则计算struct1 的内存大小，计算方式及详解过程如下：

• 变量a：占8个字节，从0开始，此时min（0，8），即 0～7存储 变量a

• 变量b：占1个字节，从8开始，此时min（8，1），即 8存储 变量b

• 变量c：占4个字节，从9开始，此时min（9，4），但是9不能整除4，从9开始往后找4的整数倍，得到12为4的整数倍，那么重新开始计算变量c, 从12开始，此时min（12，4）即 12～15存储 变量c

• 变量d：占2个字节，从16开始，此时min（16，2），即 16～17存储 变量d

若存在更多个变量，以此类推，然后累加。

到这里为止我们已经计算完了struct1 的内部所需要的内存大小为：：8+1+4+2 = 15

根据内存对齐原则三最后结构体的内存大小必须是结构体中最大成员内存大小的整数倍，不足的需要补齐。

找到结构体struct1中 最大的属性为变量a字节为8字节。15不是8的整数倍，依次往后取整的找，直到得出为8的整数倍为止，这里即struct1的内存占用大小24字节，与我们的打印的sizeof(struct1)结果24一致。

• 同理可以计算得出struct2的字节展位大小为16字节。

• 结构体嵌套结构体

知道了结构体是如何计算内存的了，再来嵌套使用，看看结构体嵌套结构体是否还是相同计算方式

定义如下嵌套结构体如下：

struct TTStruct2 {
    double a;   //8 字节
    int b;      //4
    char c;     //1
    short d;    //2
}struct2;

struct TTStruct3 {
    double a;    //8
    int b;       //4
    char c;      //1
    short d;     //2
    struct TTStruct2 e;
}struct3;

• 嵌套结构体内存大小计算

1. 计算struct2内存大小方式如下：

• 变量a：占8个字节，从0开始，此时min（0，8），即 0～7存储 变量a

• 变量b：占4个字节，从8开始，此时min（8，4），即 8 ～11存储 变量b

• 变量c：占1个字节，从12开始，此时min（12，1），即 12存储 变量c

• 变量d：占2个字节，从13开始，此时min（13，2），但是13不能整除2，从13开始往后找2的整数倍，得到14为2的整数倍，那么重新开始计算变量d, 从14开始，此时min（14，2）即 14～15存储 变量d

得出结构体struct2所需要的内存大小为：8+4+1+2 = 15

• 根据内存法则三得出struct2 内存大小为16 （若有不清楚，请参考struct1的计算方式）

2. 计算struct3内存大小方式如下：

• 变量a：占8个字节，从0开始，此时min（0，8），即 0～7存储 变量a

• 变量b：占4个字节，从8开始，此时min（8，4），即 8 ～11存储 变量b

• 变量c：占1个字节，从12开始，此时min（12，1），即 12存储 变量c

• 变量d：占2个字节，从13开始，此时min（13，2），但是13不能整除2，从13开始往后找2的整数倍，得到14为2的整数倍，那么重新开始计算变量d, 从14开始，此时min（14，2）即 14～15存储 变量d

• 变量e：为结构体，根据内存对齐原则二，结构体成员要从其内部最大成员大小的整数倍开始存储，而struct2中最大的成员字节大小为8，所以变量e要从8的整数倍开始存储，当前是从15开始，所以不符合内存对齐原则，需要往后移动到整数倍开始（min（m，n）中的m必须为struct2中最大的成员大小的整数倍），即16是8的整数倍，符合内存对齐原则，此时min（16，16），即 16～31存储 变量e

可以得出结果：struct2的内存大小为16，struct3的内存大小为32

//2、打印 Mystruct3 的内存大小
NSLog(@"struct3内存大小：%lu", sizeof(struct3));
NSLog(@"struct3中结构体成员内存大小：%lu", sizeof(struct3.e));

嵌套结构体大小

备注：计算struct3中的变量a，变量b，变量c,变量d的计算方式同struct1和struct2的计算方式一致，计算变量e需要根据结构体成员要从其内部最大成员大小的整数倍开始存储

• 总结

内存对齐原则遵循一个公式:
min（m，n） 其中 m表示当前成员的开始位置, n表示当前成员所需要的位数。如果满足条件 m整除n （即 m % n == 0）, n 从 m 位置开始存储, 反之继续检查 m+1 能否整除 n, 直到可以整除, 从而就确定了当前成员的开始位置。
若是存在结构体嵌套，即成员变量为结构体，需找到当前成员变量结构体中最大的字节开始计算存储。
最后结构体的内存大小必须是结构体中最大成员内存大小的整数倍，不足的需要补齐。