iOS底层探索 - 内存补齐

iOS底层探索 - 内存补齐

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在上篇文章中我们主要探索了对象的初始化以及怎么开辟内存。内存对齐三大原则是什么？对象需要的内存与系统实际开辟的内存是否一样？在本篇文章中我们将进行探究。

一、内存对齐三大原则
了解内存对齐三大原则之前，我们还是看一段代码

struct LLStruct1 {
    char a;   
    double b;   
    int c;  
    short d;  
} MyStruct1;
struct LLStruct2 {
    double b;   
    int c;
    char a;  
    short d; 
} MyStruct2;

看这两个结构体他们的内存是否一样，在没探究之前本人肯定会傻呵呵认为一样......在打印结束之后发现其实是不一样，第一个结构体是24，第二个结构体是16。看下下面的图片为大家解释一下。

结构体内存大小

看了上面的代码给大家看一下内存对其的三大原则。

• 数据成员对齐原则: 结构( struct )(或联合( 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
• 结构体作为成员: 如果一个结构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.不足的要补⻬。

个人理解就是

• 前面地址必须是后面的整数倍，不齐就补
• 结构体里面的嵌套结构体大小要该嵌套的结构体最大元素大小的整倍数
• 结构体的地址必须是最大字节的整倍数

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二、内存申请空间与实际开辟空间

NSLog(@"%lu", class_getInstanceSize([ll_alloc class]));
NSLog(@"%lu", malloc_size((__bridge const void *)(p)));

看上面两个输出语句第一个是对象申请的内存大小，第二个是系统实际开辟的内存大小。由于lengli这个对象里什么属性都没有，所以他申请的内存大小是8，但是系统实际开辟的内存是16。

• 申请大小是8是因为他只有一个isa，isa占8字节，所以申请了8字节。
• 实际开辟大小是16字节我们需要进行一下探索。探究这部分内容我们需要用到malloc源码，如果没有这部分源码可以点击下载。

malloc源码
由于我们只探究为什么申请空间与开辟空间大小不一样所以我们只需要走calloc之后的流程，之前的没有比较继续跟踪。所以我们在malloc源码中新建target，在target中直接手动声明如下代码：

void *p = calloc(1, 8);
NSLog(@"%lu",malloc_size(p));

• 在calloc上打断点，运行代码。
• 在断点停住点进calloc，在calloc方法中只用malloc_zone_calloc方法继续点下去。
• 在malloc_zone_calloc方法中可以看见return了一个ptr，所以ptr肯定是个关键点，所以我们找到了1475行给ptr赋值。看到ptr赋值还是调用了calloc方法继续点下去就会递归了。所以我们直接在这里打断点，使用lldb命令打印这行代码具体来自于哪个文件中。p zone->calloc 输出: (void *(*)(_malloc_zone_t *, size_t, size_t)) $1 = 0x00000001003839c7 (.dylib`default_zone_calloc at malloc.c:249)所以具体实现的方法是default_zone_calloc。
• 来到default_zone_calloc这个方法可以看到return还是calloc所以我们还是使用lldb继续打印。p zone->calloc 输出: (void *(*)(_malloc_zone_t *, size_t, size_t)) $0 = 0x0000000100384faa (.dylib`nano_calloc at nano_malloc.c:884)所以具体的实现方法是nano_malloc。
• 来到nano_malloc方法经过断点的跟踪可以看到892行是一个关键的地方，点击去看看里面的具体实现。
• 来到_nano_malloc_check_clear这个方法，断点打进来可以看到size是8当执行完628行后变成了16，这与我们探索的问题有关所以我们点到segregated_size_to_fit这个方法中。
• 来到segregated_size_to_fit这个方法可以看到一些熟悉的算法，和之前的算法类似。是个内存补齐只不过是补齐16不是8。

static MALLOC_INLINE size_t
segregated_size_to_fit(nanozone_t *nanozone, size_t size, size_t *pKey)
{
    // size = 40
    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;
}

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总结：

• 对象的属性是8字节对齐
• 对象本身是16字节对齐
• 对象本身的内存对齐和属性对齐是同样的，同样以空间换取时间，通过对齐来规避风险和容错。

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小白初次探究底层，有不对的地方希望大家留言感谢！