OC底层原理之-OC对象（中）内存对齐

空白记忆
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1.对象的内存情况

我们使用LGPerson作为例子

@interface LGPerson : 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

查看对象的内存情况，我们可以使用在lldb中用的x,p和po这些指令来查看 从上图中可以看到0x600003440ea0为对象指针的首地址，每一行开头部分都是从这个内存地址开始排列的。而0x000000010e2f28d8是对象指针地址，打印也看出来了。我们后面打印地址存储的Cooci，KC都出来了，但是我们复制的18，a，b都去哪了

解释下p，po，x/8gx的意思。p是expression - 的别名，p会返回值的类型以及命令结果的引用名。 po是expression -O — 的别名，po只会输出对应的值。x/8gx 对象表示输出8个16进制的8字节地址空间（x表示16进制，8表示8个，g表示8字节为单位，等同于x/8xg 对象）

下面我们这么打印 打印结果我们发现，我们将之前的地址0x0000001200006261拆分为：0x00000012，0x62，0x61分别打印，我们就得到了。其中97，98分别为小写字母a，b的ASCII编码，通过p/c给转回来。为什么会这样呢，这就牵扯到下面要说的对象内存优化（内存对齐）。

2.内存对齐

先说下内存对齐原则

  • 数据成员对齐规则：结构体(struct)或者联合体(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)。
  • 结构体作为成员：如果一个结构体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
  • 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，不足的要补齐。

上面的规则注意点我用不同样式标注出来了：1.是该成员或者子成员大小的整数倍开始。2.结构体要从其内部最大元素大小的整数倍开始。2.整体大小也是其内部成员的整数倍。

讲解内存对齐原则理解前，我们先了解下每个属性的字节大小

OC3264
bool）11
BOOL11
char11
short22
int44
flot44
long44
NSInteger4(int)8(long)
CGFloat4(int)8(double)
指针48
double88
long long88

下面开始对内存对齐原则进行理解

下面举例子

struct LGStruct1 {
    double a;   // 8 
    char b;     // 1 
    int c;      // 4 
    short d;    // 2 
}struct1;

每个字节大小我写上去了，我们开始计算需要多少内存大小，a：8字节，从0开始存，是【0-7】8字节，b则是从8开始，由于它是1字节，起始位置8是1的整数倍，故可存【8】1字节，c则是从9开始存，它是4个字节，由于9不是4的整数倍，那么这个起始位置不能使用，要继续向下找，到12，12是4的整数倍，可存【12-15】4字节，d则从16开始，它是2个字节，由于16是2的倍数，可存【16-17】2字节。那么整体下来内部需要大小为17，因为其内部成员变量最大为8，所以整体需要的是8的整数倍既：24.

再看一个例子：

struct LGStruct2 {
    int a;      //4 
    char b;     //1 
    short c;    //2 
}struct2;

这次直接算:a-【0-3】，c-【4】，c-【6-7】，其内部需要的大小是7，但是其内部成员变量最大4，所以整体需要的是4的倍数既：8.

再看一个例子：

struct LGStruct3 {
	char a;     //1 
    int b;      //4 
    short c;    //2
    struct LGStruct4 {
    	int a;      // 4 
        double b;   // 8 
        char c;     // 1 
        short d;    // 2 
    }struct4; 
}struct3;

这次例子是结构体嵌套结构体，他的是多少呢？我们开始:a-【0】，b-【4-7】，c-【8-9】，下面进LGStruct4，a-【12-15】，b-【16-23】，c-【24】，d-【26-27】，那是不是可以认为这个struct3需要大小为28了，28跟8的倍数对比，应该是32

上面的结果是错误的，原因很简单，没有考虑内存对齐，LGStruct4开始的起止位置应该是其内部最大值8的倍数（想想苹果为什么要内存对齐，就明白了）。所以LGStruct4应该是：a-【16-19】，b-【24-31】，c-【32】，d-【34-35】此时需要大小为36，整体也要是内部最大值8的倍数，故应该是40.

验证下结果： 符合我们的计算

由上面可知：结构体的内存对齐是按照属性排下来，但对象的内存对齐却不是的，这是因为编译器对对象内存做了优化，至于怎么优化的，我们继续看

3.对象内存的优化

上篇文章OC底层原理之-对象alloc理解(上篇没排版，谅解😂)我们知道对象在alloc的时候，会向系统申请内存如下图 上面红框中的方法是计算需要开辟多少内存，下面红框方法是去内存中申请内存

我们在下面的红框上打断点发现进不去了，这是因为calloc的源码在libmalloc中，这个也是可以在苹果的开源库中下架。objc的源码跟malloc的源码是分开的

我们打开libmalloc源码，在main函数中写如下代码： 点击calloc进入 在点击malloc_zone_calloc方法 因为返回的是ptr，所以红框内是关键的信息，但是这个方法也是calloc，跟最开始进来一样，此时在点击就没有什么意义了，此时我们可以使用po命令来查看 我们可以看到返回default_zone_calloc在malloc.c的331行，我们找到这一行下断点，发现又来到calloc，继续打印 找到位置后，下断点，发现进入_nano_malloc_check_clear，而下面就是返回p，所以这句是关键 继续打断点，就发现获取内存大小的方法了segregated_size_to_fit，进方法看看 进这个方法里面，打印size就是我们穿进来的40 注意上图红框内的方法，NANO_REGIME_QUANTA_SIZE是16，SHIFT_NANO_QUANTUM是4。

第一个红框是size+16-1结果右移4，第二个红框是将上个方法得到的结果，再向左移4，具体过程如下

此时我们得到的slot_bytes就为48，返回的也就是16的倍数48

4.总结与思考

通过上面我们了解到这些，对象属性在存储的时候是按照属性中最大值得倍数对齐（一般为8)，而16字节对齐则是针对整个对象，为什么会这样呢？因为系统开辟的内存如果按照属性大小来分配，可能会导致内存溢出。测试我们知道结构体内部的属性排列不同，所需要的内存大小也不同。我们在日常开发中，对属性的排列顺序是否可以注意一下，然后使其申请的内存最少，积少成多，整个项目的下来，就会优化不少。

思考：在查资料以及自己实现的时候发现一个有意思的问题： 发现一个是8，一个16这是为什么。malloc_size我扒拉了一下libmalloc源码，还是对对象分配至少是16的倍数，那class_getInstanceSize呢，我又扒拉了一下objc源码，找到下图的返回方法 其中WORD_MASK为7，换种写法：return (x + 7) & (~7),这个算法保证返回一定是8的倍数。这就是为什么打印上面的结果

5.写到最后

OC对象的内存对齐，就说到这里，有些结论也是自己通过现象做出的判断，如果哪里有不对的地方，还希望大家指出！谢谢

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