什么是內(nèi)存對齊
元素是按照定義順序一個(gè)一個(gè)放到內(nèi)存中去的，但并不是緊密排列的。從結(jié)構(gòu)體存儲的首地址開始，每個(gè)元素放置到內(nèi)存中時(shí)，它都會認(rèn)為內(nèi)存是按照自己的大?。ㄍǔＫ鼮?或8）來劃分的，因此元素放置的位置一定會在自己寬度的整數(shù)倍上開始，這就是所謂的內(nèi)存對齊。
編譯器為程序中的每個(gè)“數(shù)據(jù)單元”安排在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。C語言允許你干預(yù)“內(nèi)存對齊”。如果你想了解更加底層的秘密，“內(nèi)存對齊”對你就不應(yīng)該再模糊了。
下圖是結(jié)構(gòu)體在32bit和64bit環(huán)境下各基本數(shù)據(jù)類型所占的字節(jié)數(shù):
結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊
接下來我們定義兩個(gè)struct，通過打印它們的sizeof()來探索一下其對齊的規(guī)律
struct LGHStruct01 {
long a;
char b;
double c;
int d;
short e;
}struct01;
struct LGHStruct02 {
long a;
double b;
int c;
short d;
char e;
}struct02;
int main(int argc, char * argv[]) {
NSString * appDelegateClassName;
@autoreleasepool {
appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(struct01),sizeof(struct02));
}
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
// 打印的結(jié)果是: 32-24
我們可以看到兩個(gè)結(jié)構(gòu)體其中定義的變量 以及變量類型都是一致的，唯一的區(qū)別是在于定義變量的順序不一致，為什么struct01，struct02所占的內(nèi)存大小一個(gè)是32一個(gè)是24呢？接下來我們來了解一下內(nèi)存對齊原則。
內(nèi)存對齊規(guī)則
- 原則一：數(shù)據(jù)成員對?規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第?個(gè)數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地?，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員存儲的起始位置要從該成員??或者成員的?成員??（只要該成員有?成員，?如說是數(shù)組，結(jié)構(gòu)體等）的整數(shù)倍開始(?如int為４字節(jié),則要從４的整數(shù)倍地址開始存
儲。 min(當(dāng)前開始的位置m n) m = 9 n = 4 (9 10 11 12) - 原則二：結(jié)構(gòu)體作為成員:如果?個(gè)結(jié)構(gòu)?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?元素??的整數(shù)倍地址開始存儲.(struct struct03?存有struct struct01,struct01?有l(wèi)ong,char,int ,double等元素,那struct01應(yīng)該從8的整數(shù)倍開始存儲.)
- 原則三：收尾?作:結(jié)構(gòu)體的總??,也就是sizeof的結(jié)果,.必須是當(dāng)前結(jié)構(gòu)體或者其嵌套的某個(gè)結(jié)構(gòu)體成員的最大成員大小的整數(shù)倍.不?的要補(bǔ)?。
根據(jù)對齊原則，我們具體來分析struct01 、struct02結(jié)構(gòu)體：
結(jié)構(gòu)體MyStruct1 內(nèi)存大小計(jì)算：
- 變量
a:占8個(gè)字節(jié)，從0開始，min(0,8),即放在下0-7存儲 - 變量
b：占1個(gè)字節(jié)，從8開始，min(8,1),8%1==0，即放在8存儲 - 變量
c：占8個(gè)字節(jié)，從9開始，min(9,8),9%8!=0,往后移直到min(16,8),所以從變量c放在16-23存儲 - 變量
d：占4字節(jié)，從24開始，min(24,4),24%4==0,即d放在24-27存儲 - 變量
e：占2字節(jié)，從28開始，min(28,2),28%2==0,即e放在28-29存儲
因此struct01需要的內(nèi)存大小是30字節(jié)[0-29],而LGHStruct01中最大變量的字節(jié)數(shù)為8，所以 LGHStruct01 實(shí)際的內(nèi)存大小必須是 8 的整數(shù)倍，30向上取整到32，主要是因?yàn)?2是8的整數(shù)倍，所以 sizeof(LGHStruct01) = 32
示意圖如下:
結(jié)構(gòu)體MyStruct02 內(nèi)存大小計(jì)算：
- 變量
a:占8個(gè)字節(jié)，從0開始，min(0,8),即放在下0-7存儲 - 變量
b：占8個(gè)字節(jié)，從8開始，min(8,8),8%8==0，即放在8-15存儲 - 變量
c：占4個(gè)字節(jié)，從16開始，min(16,4),16%4==0,所以變量c放在16-19存儲 - 變量
d：占2字節(jié)，從20開始，min(20,2),20%2==0,即d放在20-21存儲 - 變量
e：占1字節(jié)，從22開始，min(22,1),22%1==0,即e放在22存儲
因此struct01需要的內(nèi)存大小是23字節(jié)[0-22],而LGHStruct02中最大變量的字節(jié)數(shù)為8，所以 LGHStruct02 實(shí)際的內(nèi)存大小必須是 8 的整數(shù)倍，23向上取整到24，主要是因?yàn)?4是8的整數(shù)倍，所以 sizeof(LGHStruct02) = 24
示意圖如下:
結(jié)構(gòu)體嵌套
struct LGHStruct03 {
int a;
char b;
short c;
float d;
struct LGHStruct01 str01;
}struct03;
NSLog(@"%lu",sizeof(struct03));
// 打印結(jié)果是48
LGHStruct03里面嵌套了LGHStruct01，
- 變量
a:占4個(gè)字節(jié)，從0開始，min(0,4),即放在下0-4存儲 - 變量
1：占1個(gè)字節(jié)，從4開始，min(4,1),4%1==0，即放在4存儲 - 變量
c：占2個(gè)字節(jié)，從5開始，min(5,2),5%2!=0,向后移到min(6,2),6%2==0, 變量c放在6-7存儲 - 變量
d：占4字節(jié)，從8開始，min(8,4),8%4==0,即d放在8-11存儲 - 變量
str01：占32字節(jié)，但str01里面最大變量所占的字節(jié)數(shù)是8，從12開始，min(12,8),12%8!=0,向后移到16，16%8==0,即e放在16-47存儲
所以LGHStruct03所需的內(nèi)存是48，對齊字節(jié)數(shù)應(yīng)為當(dāng)前結(jié)構(gòu)體或者嵌套的某個(gè)結(jié)構(gòu)體成員的最大成員大小，是LGHStruct01里面的long類型為8，所以對齊數(shù)為8，而48剛好是8的倍數(shù)，所以sizeof(struct03) = 48.
如下圖所示：
內(nèi)存優(yōu)化（屬性重排）
我們知道蘋果它對OC對象的屬性的存儲是進(jìn)行了重排的。下面我們定義一個(gè)LGHPerson類，來看看屬性在內(nèi)存中的存儲。
@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, assign) long height;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) float hair;
@property (nonatomic, assign) short ID;
@property (nonatomic) char c1;
@property (nonatomic) char c2;
@property (nonatomic) char c3;
@property (nonatomic) char c4;
@property (nonatomic) char c5;
@end
int main(int argc, char * argv[]) {
NSString * appDelegateClassName;
@autoreleasepool {
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
person.name = @"Cooci";
person.nickName = @"KC";
person.age = 18;
person.height = 170;
person.hair = 100;
person.ID = 10;
person.c1 = 'a';
person.c2 = 'b';
person.c3 = 'c';
person.c4 = 'd';
person.c5 = 'e';
NSLog(@"%lu - %@ - %lu",sizeof(float),person,malloc_size((__bridge const void *)person));
appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
}
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
我們在NSLog這里打個(gè)斷點(diǎn)，接下來看看每個(gè)屬性具體的存放位置：
**總結(jié): **
蘋果對OC對象的存儲進(jìn)行重排，根據(jù)屬性所占的字節(jié)數(shù)的大小，從小到大排序，先存儲所占字節(jié)數(shù)較少的屬性，再存儲所占字節(jié)數(shù)較少的屬性，從而減少padding(內(nèi)存占位符)，達(dá)到內(nèi)存優(yōu)化的效果.
