目前但凡一個(gè)iOS崗面試都會(huì)問(wèn)個(gè)內(nèi)存對(duì)齊問(wèn)題，那么什么是字節(jié)對(duì)齊魂务？成員變量對(duì)齊和對(duì)象內(nèi)存對(duì)齊有什么區(qū)別？今天我來(lái)為大家一一解析
iOS創(chuàng)建對(duì)象的_class_createInstanceFromZone方法中會(huì)通過(guò)instanceSize方法計(jì)算創(chuàng)建對(duì)象需要開辟的內(nèi)存空間（細(xì)創(chuàng)建對(duì)象流程點(diǎn)我）洞焙，源碼如下：
inline size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
}
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
alignedInstanceSize()源碼如下：
uint32_t alignedInstanceSize() const {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
通過(guò)分析源碼得出以下結(jié)論：
- 對(duì)象開辟的空間大小完全取決于對(duì)象的成員變量(depending on class's ivars)猾愿，通過(guò)成員變量得出未對(duì)齊的內(nèi)存大小：
// May be unaligned depending on class's ivars.
uint32_t unalignedInstanceSize() const {
ASSERT(isRealized());
return data()->ro()->instanceSize;
}
若對(duì)象沒(méi)有成員變量他巨，則屬性只有從基類NSObject繼承來(lái)的isa展哭，isa為一個(gè)class類型的結(jié)構(gòu)體指針
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;，因此一個(gè)對(duì)象最小的未對(duì)齊空間unalignedInstanceSize為8闻蛀。得到
unalignedInstanceSize以后匪傍，通過(guò)word_align方法將其字節(jié)對(duì)齊，接下來(lái)逐步分析具體成員變量對(duì)齊方法
- 對(duì)齊方法代碼：
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
其中WORD_MASK定義為define WORD_MASK 7UL
- 假設(shè)當(dāng)前對(duì)象沒(méi)有成員變量觉痛，則x = 8役衡，以上表達(dá)式可轉(zhuǎn)化為：
（8 + 7） & ~7
-> 15 & ~7
- 轉(zhuǎn)為二進(jìn)制則為：
15 ： 0000 1111
7 ： 0000 0111
~7 ： 1111 1000
15 & ~7 ： 0000 1000 = 8
一個(gè)無(wú)成員變量的對(duì)象通過(guò)對(duì)齊得到的alignedInstanceSize為8。
- 字節(jié)對(duì)齊算法的意義為8字節(jié)對(duì)齊薪棒，取8的整數(shù)倍手蝎。目的在于在計(jì)算讀取成員變量的時(shí)候，如果成員變量根據(jù)實(shí)際類型設(shè)定大小俐芯，會(huì)影響計(jì)算機(jī)讀取速度棵介，但如果統(tǒng)一以8字節(jié)為度量衡，可以加快讀取速度（以空間換取時(shí)間）這個(gè)算法也可以用以下方式表達(dá)：
(8 + 7) >> 3 << 3 右移3位再左移三位
15 : 0000 1111
右移三位 -> 0000 0001
左移三位 -> 0000 1000 = 8
- 得到
alignedInstanceSize后吧史，instanceSize最后會(huì)通過(guò)if (size < 16) size = 16條件將小于16的結(jié)果全部轉(zhuǎn)為16邮辽，至此，一個(gè)無(wú)成員變量的對(duì)象開辟的空間為16贸营。
4.接下來(lái)分析對(duì)象帶有多個(gè)成員變量的情況：
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@property (nonatomic,assign)int age;
@property (nonatomic,assign)long height;
@property (nonatomic,copy)NSString *nickName;
@property (nonatomic,assign)BOOL isMale;
并進(jìn)行賦值：
p.name = @"FC";
p.age = 18;
p.height = 185;
p.nickName = @"XX";
p.isMale = YES;
在控制臺(tái)通過(guò)x/6gx p 來(lái)打印對(duì)象p的詳細(xì)內(nèi)存情況：
其中第一段內(nèi)存為對(duì)象的isa吨述，第二段內(nèi)存中，系統(tǒng)將屬性age和屬性isMale兩個(gè)4字節(jié)的屬性進(jìn)行了組合钞脂，優(yōu)化了內(nèi)存分配揣云，打印結(jié)果如圖：
5.內(nèi)存對(duì)齊原則：
數(shù)據(jù)成員對(duì)?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?冰啃，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員存儲(chǔ)的起始位置要
從該成員??或者成員的?成員??（只要該成員有?成員邓夕，?如說(shuō)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(chǔ)阎毅。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(chǔ).(struct a?存有struct b,b
?有char,int ,double等元素,那b應(yīng)該從8的整數(shù)倍開始存儲(chǔ).)收尾?作:結(jié)構(gòu)體的總??,也就是sizeof的結(jié)果,.必須是其內(nèi)部最?
成員的整數(shù)倍.不?的要補(bǔ)?焚刚。
舉例：
以上兩個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存大小是否一致？答案：不一致净薛，分別為24和16汪榔。
為什么同樣的成員變量，因?yàn)轫樞虿煌瑑?nèi)存結(jié)果不同？
依據(jù)原則1”每個(gè)成員變量?jī)?chǔ)存的起始位置需要可以整除該成員變量的字節(jié)大小“痴腌，得出兩個(gè)結(jié)構(gòu)體的儲(chǔ)存流程如下：
再依據(jù)原則3雌团，內(nèi)存結(jié)果必須為最大成員的整數(shù)倍，得出結(jié)果為24和16士聪。
為什么每個(gè)成員變量起始位置必須要是自己的整數(shù)倍呢锦援？
不做對(duì)齊操作時(shí)，計(jì)算機(jī)讀取此結(jié)構(gòu)體變量需要讀取4次剥悟，每次讀取大小分別為8灵寺，1，2区岗，4略板，讀取次數(shù)多，每次讀取次數(shù)不同慈缔，降低讀取效率叮称。
內(nèi)存對(duì)齊操作后，可以看到后面3個(gè)成員變量組合到了一起藐鹤，并且系統(tǒng)會(huì)告知該組合中含有大小為1瓤檐，2，4的成員變量娱节，計(jì)算機(jī)再讀取此結(jié)構(gòu)體的時(shí)候只需以8字節(jié)為單位讀取兩次挠蛉，大大提高了讀取效率，這就是需要內(nèi)存對(duì)齊的原因啦
6.對(duì)象內(nèi)存最終結(jié)果
-
創(chuàng)建一個(gè)類：
image.png -
如圖賦值并進(jìn)行打右蘼：
image.png -
打印結(jié)果為：
image.png
按照之前的分析：
sizeof(p)結(jié)果為8（p為結(jié)構(gòu)體指針谴古，大小為8）；
class_getInstanceSize([FCPerson class])為成員變量大小+isa悄窃，結(jié)果為40
malloc_size是什么讥电？為什么等于48？
通過(guò)研究malloc源碼轧抗， 在calloc方法最后調(diào)用的segregated_size_to_fit方法中：
static MALLOC_INLINE size_t
segregated_size_to_fit(nanozone_t *nanozone, size_t size, size_t *pKey)
{
size_t k, slot_bytes;
if (0 == size) {
size = NANO_REGIME_QUANTA_SIZE; // Historical behavior
}
k = (size + NANO_REGIME_QUANTA_SIZE - 1) >> SHIFT_NANO_QUANTUM; // round up and shift for number of quanta
slot_bytes = k << SHIFT_NANO_QUANTUM; // multiply by power of two quanta size
*pKey = k - 1; // Zero-based!
return slot_bytes;
}
size為傳入的40，NANO_REGIME_QUANTA_SIZE為16瞬测， SHIFT_NANO_QUANTUM為4横媚。
slot_bytes就是返回的最終的對(duì)象大小，其算法為： (40 + 16 - 1) >> 4 << 4月趟，即對(duì)40進(jìn)行16字節(jié)對(duì)齊灯蝴，最終結(jié)果為48。
16字節(jié)對(duì)齊的原因：若以8字節(jié)對(duì)齊孝宗，64字節(jié)以內(nèi)穷躁，可以存放8個(gè)8字節(jié)對(duì)象（8，16因妇，24问潭，32猿诸，40，48狡忙，56梳虽，64），對(duì)象之間兩兩相鄰灾茁。若以16字節(jié)對(duì)齊窜觉，64字節(jié)內(nèi)可以放4個(gè)對(duì)象（16，32北专，48禀挫，64），對(duì)象兩兩相鄰的次數(shù)降低拓颓，減少系統(tǒng)誤指的概率特咆。另一方面，一個(gè)對(duì)象的成員變量最小為8（isa）录粱，但只含有默認(rèn)變量isa的對(duì)象概率極低腻格，實(shí)際使用中絕大部分類都有額外的成員變量，若以8字節(jié)對(duì)齊則每個(gè)對(duì)象內(nèi)存都要做額外計(jì)算啥繁，因此直接使用16字節(jié)對(duì)齊會(huì)提高效率菜职。
