iOS OC 对象的内存对齐原则

网罗开发

发布于 2021-07-21 09:19:24

55800

代码可运行

文章被收录于专栏：网罗开发网罗开发

运行总次数：0

代码可运行

问题的引入

初始化一个 OC 类，具有如下属性：

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface LGTeacher : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) long height;
@property (nonatomic, strong) NSString *hobby;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

初始化对象，并获取对象的内存 size：

LGTeacher  *p = [[LGTeacher alloc] init];
p.name = @"LG_Cooci";
p.age  = 18;
p.height = 185;
p.hobby  = @"女";

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

打印结果：

由以上打印结果可以看出 class_getInstanceSize 和 malloc_size 获取到的内存大小不一样，那么是什么导致的两者获取同一对象的内存大小不一样呢？我们下一步继续探索。

首先我们先手动计算一下这个对象所占的内存：

isa -- 8字节
name -- 8字节
age -- 4字节
height -- 8字节
hobby -- 8字节

总计 36 字节。

我们跟踪 objc 源码可以发现改变 size 的地方有两个地方：

instanceSize 继续跟踪
1. instanceSize

size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
        if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
            return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
        }

        size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;// alignedInstanceSize
        // CF requires all objects be at least 16 bytes.
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
}

uint32_t alignedInstanceSize() const {
        return word_align(unalignedInstanceSize());
}

#   define WORD_MASK 7UL
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
    return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

由以上源码可以得到 instanceSize 使用 8 字节对齐原则处理 Size，并且最小为 16 字节。

1. calloc

由于 calloc 属于 malloc 源码里面

跟踪 libmalloc 源码：

calloc 源码实现：

void *
calloc(size_t num_items, size_t size)
{
    void *retval;
    retval = malloc_zone_calloc(default_zone, num_items, size);
    if (retval == NULL) {
        errno = ENOMEM;
    }
    return retval;
}

// malloc_zone_calloc
void *
    malloc_zone_calloc(malloc_zone_t *zone, size_t num_items, size_t size)
{
    MALLOC_TRACE(TRACE_calloc | DBG_FUNC_START, (uintptr_t)zone, num_items, size, 0);

    void *ptr;
    if (malloc_check_start && (malloc_check_counter++ >= malloc_check_start)) {
        internal_check();
    }

    ptr = zone->calloc(zone, num_items, size);
    
    if (malloc_logger) {
        malloc_logger(MALLOC_LOG_TYPE_ALLOCATE | MALLOC_LOG_TYPE_HAS_ZONE | MALLOC_LOG_TYPE_CLEARED, (uintptr_t)zone,
                (uintptr_t)(num_items * size), 0, (uintptr_t)ptr, 0);
    }

    MALLOC_TRACE(TRACE_calloc | DBG_FUNC_END, (uintptr_t)zone, num_items, size, (uintptr_t)ptr);
    return ptr;
}

断点打印 zone->calloc

①:得到其真实调用为 default_zone_calloc
②：搜索 default_zone_calloc 继续跟进，打印 default_zone_calloc 内部的 zone->calloc 得到 nano_calloc
③：分析 nano_calloc 源码可以知道在 _nano_malloc_check_clear 内进行了相关操作

static void *
default_zone_calloc(malloc_zone_t *zone, size_t num_items, size_t size)
{
    zone = runtime_default_zone();
    
    return zone->calloc(zone, num_items, size);
}

static void *
nano_calloc(nanozone_t *nanozone, size_t num_items, size_t size)
{
    size_t total_bytes;

    if (calloc_get_size(num_items, size, 0, &total_bytes)) {
        return NULL;
    }

    if (total_bytes <= NANO_MAX_SIZE) {
        void *p = _nano_malloc_check_clear(nanozone, total_bytes, 1);
        if (p) {
            return p;
        } else {
            /* FALLTHROUGH to helper zone */
        }
    }
    malloc_zone_t *zone = (malloc_zone_t *)(nanozone->helper_zone);
    return zone->calloc(zone, 1, total_bytes);
}

跳转到 _nano_malloc_check_clear 内部发现代码很多，一脸懵逼，但是仔细一看很多都是做一些容错判断，除去这些代码后，返现与size 有关的只有一行代码：

size_t slot_bytes = segregated_size_to_fit(nanozone, size, &slot_key);

跳转进 segregated_size_to_fit 可以看到又是内存对齐的代码，这里的内存对齐是以16字节原则进行对齐的。

#define SHIFT_NANO_QUANTUM      4
#define NANO_REGIME_QUANTA_SIZE (1 << SHIFT_NANO_QUANTUM)   // 16

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;
}