iOS内存对齐原理

2023-02-20  本文已影响0人  一个小白iOS

获取内存大小的三种方式

获取内存大小的三种方式分别是：

sizeof
class_getInstanceSize

这个方法是runtime提供的api，用于获取类的实例对象所占用的内存大小，并返回具体的字节数，其本质就是获取实例对象中成员变量的内存大小。

malloc_size

这是一个函数，这个函数是获取系统实际分配的内存大小
可以通过下面代码的输出结果来验证我们上面的说法

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
        NSLog(@"objc对象类型占用的内存大小：%lu",sizeof(objc));
        NSLog(@"objc对象实际占用的内存大小：%lu",class_getInstanceSize([objc class]));
        NSLog(@"objc对象实际分配的内存大小：%lu",malloc_size((__bridge const void*)(objc)));
    }
    return 0;
}

以下是打印结果：


image2023-2-18_14-25-4.png

总结

结构体内存对齐

接下来，我们首先定义俩个结构体，分别计算他们的内存大小，以此来引入我们今天的正题：内存对齐原理

//1、定义两个结构体
struct Mystruct1{
    char a;     //1字节
    double b;   //8字节
    int c;      //4字节
    short d;    //2字节
}Mystruct1;

struct Mystruct2{
    double b;   //8字节
    int c;      //4字节
    short d;    //2字节
    char a;     //1字节
}Mystruct2;

//计算 结构体占用的内存大小
NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(Mystruct1),sizeof(Mystruct2));

以下是输出结果：


image2023-2-18_14-37-34.png

从打印的结果我们可以看出一个问题，俩个结构体乍一看，没什么区别，其中定义的变量 和变量类型都是一致的，唯一的区别只是在于定义变量的顺序不一致，那为什么他们所占用的内存大小不相等呢？其实这就是iOS中的内存字节对齐现象。

内存对齐规则

每个特定的平台上的编译器都有自己默认的”对齐系数“（也叫对齐模数）。程序员可以通过预编命令 #pragma pack(n) 其中 n = 1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的对齐系数。在iOS中，xcode默认为 #pragma pack(8),即8字节对齐。

一般内存对齐的原则主要有三点：

验证对齐原则

下表是各种数据类型在iOS中的占用内存大小，根据对应类型来计算结构体中内存大小


image.png
我们可以通过下图来说明为什么俩个结构体 MyStruct1 & MyStruct2 的内存大小打印不一致的情况，如图所示 image2023-2-18_15-16-4.png
image2023-2-18_15-21-4.png
结构体MyStruct1内存大小计算：

根据内存对齐规则，计算MyStruct1 的内存大小，详解过程如下：

![image2023-2-18_15-51-43.png](https://img.haomeiwen.com/i3063850/2351aaae5f5f3f94.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

因此MyStuct1 的需要内存大小为15个字节，而MyStuct1中 最大变量的字节数为8，所以MyStruct1实际的内存大小必须是8的整数倍，18向上取整到24，主要是因为24是8的倍数，所以sizeof(MyStruct1)的结果为24。

结构体MyStruct2内存大小计算：

根据内存对齐规则，计算MyStruct12的内存大小，详解过程如下：

因此MyStruct2的需要内存大小为15个字节，而MyStruct2中最大变量的字节数为8，所以 MyStruct2 实际的内存大小必须是 8 的整数倍，15向上取整到16，主要是因为16是8的整数倍，所以 sizeof(MyStruct2) 的结果是 16

结构体嵌套结构体

上面的俩个结构体只是简单的定义数据成员，下面来一个比较复杂的，结构体中嵌套结构体的内存大小计算情况
首先定义一个结构体MyStruct3，在MyStruct3中嵌套MyStruct2，代码如下：

//1、结构体嵌套结构体
    struct Mystruct3{
        double b;   //8字节
        int c;      //4字节
        short d;    //2字节
        char a;     //1字节
        struct Mystruct2 str;
    }Mystruct3;

    //2、打印 Mystruct3 的内存大小
    NSLog(@"Mystruct3内存大小：%lu", sizeof(Mystruct3));
    NSLog(@"Mystruct3中结构体成员内存大小：%lu", sizeof(Mystruct3.str));
打印的结果如下： image2023-2-18_15-41-48.png

分析MyStruct3的内存情况：
根据内存对齐规则，来一步一步分析MyStruct3内存大小的计算过程

因此MyStruct3的需要的内存大小为 32字节，而MyStruct3中最大变量为str, 其最大成员内存字节数为8，根据内存对齐原则，所以 MyStruct3 实际的内存大小必须是 8 的整数倍，32正好是8的整数倍，所以 sizeof(MyStruct3) 的结果是 32
其内存存储情况如下图所示


image2023-2-18_15-51-43.png
二次验证

为了保险起见，我们再定义一个结构体，来验证我们结构体嵌套的内存大小计算说明

    struct Mystruct4{
        int a;              //4字节 min（0，4）--- （0，1，2，3）
        struct Mystruct5{   //从4开始，存储开始位置必须是最大的整数倍（最大成员为8），min（4，8）不符合 4，5，6，7，8 -- min（8，8）满足，从8开始存储
            double b;       //8字节 min(8,8)  --- (8,9,10,11,12,13,14,15)
            short c;         //1字节,从16开始，min（16，1） -- （16，17）
        }Mystruct5;
    }Mystruct4;
    
    NSLog(@"Mystruct4内存大小：%lu - %lu",sizeof(Mystruct4),sizeof(Mystruct4.Mystruct5));

分析如下

因此Mystruct4中需要的内存大小是 18字节，根据内存对其原则二，Mystruct4实际的内存大小必须是Mystruct5中最大成员b的整数倍，即必须是8的整数倍，所以sizeof(Mystruct4) 的结果是 24

以下是运行结果的打印，以此来印证24这个内存大小 image2023-2-18_15-58-15.png

内存优化（属性重排）

以下面这个例子来进行说明 苹果中属性重排，即内存优化

@interface LXHPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) long height;

@property (nonatomic) char c1;
@property (nonatomic) char c2;
@end


@implementation LXHPerson

@end
上一篇下一篇

猜你喜欢

热点阅读