NSArray/NSMutableArray 的内存分布以及扩容

一、NSArray

NSArray创建的是不可变对象的数组，即一旦创建了一个包含特定数量的对象的数组，就不能对数组进行添加、删除元素的操作。
为了方便观察NSArray的内存分布，在NSArray对象中存储同一个字符串：

    NSString *str = @"11";
    NSLog(@"字符串常量的地址  %p", str);
    NSArray *array = @[str, str, str, str, str];

    // 字符串常量的地址  0x108cc2360

str是字符串常量，所以指向的地址是固定的。然后利用x/100xb array指令观察array内存分布

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• 从图中很明显发现，第三行到第七行所存储地址正好就是字符串常量的地址。

• 打印第一行地址，可以看到是一个指向所属类的指针

  
  image.png
• 经过多次调试，可以发现第二行地址存储的为数组的长度。
  所以很明显，NSArray创建时，会根据所存储内容申请一片连续的空间，也由于这种内存分配方式，不方便进行内存调整，也符合了不可变数组的定义。

一、NSMutableArray

NSMutableArray 继承自 NSArray，是一个可变数组，可以对数组的元素进行增删改查。
通NSArray一样，在NSMutableArray对象中存储同一个字符串：

    NSString *str = @"11";
    NSLog(@"字符串常量的地址  %p", str);
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1];
    for (int i = 0; i < 10; i ++) {
        [array addObject:@"11"];
    }
    // 字符串常量的地址  0x10043e360

image.png

• 和NSArray类似，第一行存储的依然是所属类的指针
• 内存中并没有找到字符串常量的地址，经猜测和调试验证，数组中的内容单独存储在另外一块连续空间中，再将数组元素首地址存在在数组中；
  image.png
  根据内存分布情况，可以通过修改指针直接获取内存中的值，通过下面代码可分别获取数组内容首地址的值和数组容量capacity的值

@implementation NSArray (address)

- (void *)elementsAddress {
    void *address = (__bridge void *)self;
    return *((void **)address + 2);
}

- (int)capacity {
    void *address = (__bridge void *)self;
    return *((int *)address + 7);
}

@end

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通过多次调试，可发现，数组扩容的规律，也并不是网上所说的容量不够时，会申请一块双倍容量的空间。而且通过arrayWithCapacity方法创建时，会提前申请一块连续的空间，节省了很多扩容的操作，但是并不一定和传递进去的容量一致（例如参数为100时，实际容量只有16）。
所以数组通过这种间接指向的方式，可以方便的进行扩容，以及数据的修改。
数组扩容流程：

• 申请一块新的空间
• 将原数据拷贝到新的地址中去
• 释放原数据存储空间，并将指针指向新的内存区域

文中用到的x指令，是memory read的缩写，其中b代表以字节为单位进行打印，x代表以16位格式显示数据。x/100xb array就代表打印array地址开始的100个字节的内容以16位格式显示