7-6.【高级特性】class、struct、enum 的内存占用和对齐规则是什么？

一、Swift 内存布局的三条基本规则（先背）

1. 对齐（Alignment）= 最大字段对齐
2. Size = 字段 size + padding（向对齐取整）
3. Stride = size 向 alignment 对齐后的结果

Swift 的 MemoryLayout<T> 就是这三件事。

MemoryLayout<T>.size
MemoryLayout<T>.alignment
MemoryLayout<T>.stride

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二、struct 的内存占用与对齐

1️⃣ struct 的布局规则

• 字段 按声明顺序排列
• 不重排字段（和 C 不同）
• 每个字段起始地址必须满足自身对齐
• struct 整体对齐 = 最大字段对齐

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2️⃣ 示例 1：padding 产生的原因

struct S {
    let a: Int8   // 1 byte
    let b: Int64  // 8 bytes
}

内存布局：

offset 0: a (1)
offset 1~7: padding
offset 8~15: b

• size = 16
• alignment = 8
• stride = 16

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3️⃣ 字段顺序影响内存

struct S2 {
    let b: Int64
    let a: Int8
}

offset 0~7: b
offset 8:   a
offset 9~15: padding

• size = 16
• 但 如果后面再接数组，会更省空间

👉 结构体字段顺序会影响 padding，进而影响 cache 友好性

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三、enum 的内存占用与对齐（最容易被低估）

1️⃣ enum 的本质

enum =

payload（最大 case） + tag（区分 case）

enum E {
    case a(Int8)
    case b(Int64)
}

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2️⃣ 内存布局规则

• payload 大小 = 最大关联值 size

• alignment = payload 的最大 alignment

• tag：

  • 编译器尽量塞进 payload 的空闲位
  • 塞不下才额外占字节

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3️⃣ 示例

enum E {
    case small(Int8)
    case big(Int64)
}

• payload = Int64 (8 bytes)
• tag 可利用 Int64 的空闲高位
• 👉 size = 8，alignment = 8

但：

enum F {
    case a(Int64)
    case b(Int64)
}

• payload = 8
• tag 仍可能需要额外空间
• size 仍然通常是 8（ABI 优化）

⚠️ enum 的布局是 最复杂、最依赖编译器优化的

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四、class 的内存占用与对齐

1️⃣ class 对象的整体结构（堆上）

class C {
    var x: Int
    var y: Int8
}

对象内存大致是：

[ metadata / isa ]
[ refcount / runtime info ]
[ x ]
[ padding ]
[ y ]
[ padding ]

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2️⃣ 关键点

• 对象头（runtime header）：

  • 指针大小（8 bytes）
  • ARC 管理信息

• 实例属性按 struct 规则布局

• 对齐通常是 8 或 16 字节

👉 class 的最小占用远大于 struct

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3️⃣ 示例对比

struct S {
    let x: Int
}

≈ 8 bytes

class C {
    let x: Int
}

≈ 32~40 bytes（平台相关）

即使只有一个 Int，class 也很“重”

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五、Stride 的真正含义（高频追问）

struct P {
    let a: Int8
}

• size = 1
• alignment = 1
• stride = 1

struct Q {
    let a: Int8
    let b: Int64
}

• size = 16
• alignment = 8
• stride = 16

📌 数组中元素之间的间距 = stride

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六、一张总表（面试直接用）

类型	对齐规则	内存占用特点
struct	最大字段对齐	padding 受字段顺序影响
enum	最大 payload 对齐	payload + tag（高度优化）
class	对象头 + 属性对齐	堆分配，最重

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七、终极面试总结（建议原话）

struct 按字段顺序布局，对齐取最大字段；
enum 是最大 payload 加 tag，并尽量压缩；
class 在堆上，包含对象头和 ARC 信息，内存占用显著更大。