主动已经是我对热爱东西表达的极限了
- 通过对结构体内存是如何对齐的?打开内存对齐原理的大门。
在探究内存对齐之前,先了解内存对齐的原则:
一: 数据成员对⻬规则: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(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。
二: 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.(struct a里存有struct b,b
里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)
三: 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。
内存对齐原则过于枯燥,通过两个结构体的讲解来进行分析内存对齐原则
理解
-
结构体内存对齐
定义结构体如下:
struct TTStruct1 {
double a;
char b;
int c;
short d;
}struct1;
struct TTStruct2 {
double a;
int b;
char c;
short d;
}struct2;
直接打印出当前结构体内存大小
NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(struct1),sizeof(struct2));
结果如下:
- 为什么两个相同数据类型的结构体,占用内存大小不一致了?
各种数据类型在iOS中的占用内存大小对照表:
-
结构体内存大小计算
根据表中数据类型和占用内存大小,可以看出struct1
中的数据类型对应的字节大小分别为:
a
对应的未8
字节
b
对应的未1
字节
c
对应的未4
字节
d
对应的未2
字节
很明显 8+1+4+2 != 24,那为什么struct1
的size
打印出结果是24
呢?
根据内存对齐规则计算struct1
的内存大小,计算方式及详解过程如下:
-
变量a
:占8
个字节,从0
开始,此时min(0,8)
,即0~7
存储变量a
-
变量b
:占1
个字节,从8
开始,此时min(8,1)
,即8
存储变量b
-
变量c
:占4
个字节,从9
开始,此时min(9,4)
,但是9
不能整除4
,从9
开始往后找4
的整数倍,得到12
为4
的整数倍,那么重新开始计算变量c
, 从12
开始,此时min(12,4)
即12~15
存储变量c
-
变量d
:占2
个字节,从16
开始,此时min(16,2)
,即16~17
存储变量d
若存在更多个变量
,以此类推,然后累加。
到这里为止我们已经计算完了struct1
的内部所需要的内存大小为::8+1+4+2 = 15
根据内存对齐原则三
最后结构体的内存大小必须是结构体中最大成员内存大小的整数倍,不足的需要补齐。
找到结构体struct1
中 最大的属性
为变量a
字节为8
字节。15
不是8
的整数倍,依次往后取整的找,直到得出为8
的整数倍为止,这里即struct1
的内存占用大小24
字节,与我们的打印的sizeof(struct1)
结果24
一致。
同理可以计算得出
struct2
的字节展位大小为16
字节。-
结构体嵌套结构体
知道了结构体是如何计算内存的了,再来嵌套使用,看看结构体嵌套结构体是否还是相同计算方式
定义如下嵌套结构体如下:
struct TTStruct2 {
double a; //8 字节
int b; //4
char c; //1
short d; //2
}struct2;
struct TTStruct3 {
double a; //8
int b; //4
char c; //1
short d; //2
struct TTStruct2 e;
}struct3;
-
嵌套结构体内存大小计算
-
计算
struct2
内存大小方式如下:
-
变量a
:占8
个字节,从0
开始,此时min(0,8)
,即0~7
存储变量a
-
变量b
:占4
个字节,从8
开始,此时min(8,4)
,即8 ~11
存储变量b
变量c
:占1
个字节,从12
开始,此时min(12,1)
,即12
存储变量c
变量d
:占2
个字节,从13
开始,此时min(13,2)
,但是13
不能整除2
,从13
开始往后找2
的整数倍,得到14
为2
的整数倍,那么重新开始计算变量d
, 从14
开始,此时min(14,2)
即14~15
存储变量d
得出结构体struct2
所需要的内存大小为:8+4+1+2 = 15
- 根据内存法则三得出
struct2
内存大小为16
(若有不清楚,请参考struct1
的计算方式)
-
计算
struct3
内存大小方式如下:
-
变量a
:占8
个字节,从0
开始,此时min(0,8)
,即0~7
存储变量a
-
变量b
:占4
个字节,从8
开始,此时min(8,4)
,即8 ~11
存储变量b
变量c
:占1
个字节,从12
开始,此时min(12,1)
,即12
存储变量c
变量d
:占2
个字节,从13
开始,此时min(13,2)
,但是13
不能整除2
,从13
开始往后找2
的整数倍,得到14
为2
的整数倍,那么重新开始计算变量d
, 从14
开始,此时min(14,2)
即14~15
存储变量d
变量e
:为结构体,根据内存对齐原则二
,结构体成员要从其内部最大成员大小的整数倍开始存储
,而struct2
中最大的成员字节大小为8
,所以变量e
要从8
的整数倍开始存储,当前是从15开始,所以不符合内存对齐原则,需要往后移动到整数倍开始(min(m,n)
中的m
必须为struct2
中最大的成员大小的整数倍),即16是8的整数倍,符合内存对齐原则,此时min(16,16)
,即16~31
存储变量e
可以得出结果:struct2
的内存大小为16
,struct3
的内存大小为32
//2、打印 Mystruct3 的内存大小
NSLog(@"struct3内存大小:%lu", sizeof(struct3));
NSLog(@"struct3中结构体成员内存大小:%lu", sizeof(struct3.e));
备注:计算
struct3
中的变量a
,变量b
,变量c
,变量d
的计算方式同struct1
和struct2
的计算方式一致,计算变量e
需要根据结构体成员要从其内部最大成员大小的整数倍开始存储
-
总结
内存对齐原则遵循一个公式:
min(m,n)
其中 m
表示当前成员的开始位置, n
表示当前成员所需要的位数。如果满足条件 m
整除n
(即 m % n == 0
), n
从 m
位置开始存储, 反之继续检查 m+1
能否整除 n
, 直到可以整除, 从而就确定了当前成员的开始位置。
若是存在结构体嵌套,即成员变量为结构体,需找到当前成员变量结构体中最大的字节开始计算存储。
最后结构体的内存大小
必须是结构体中最大成员内存大小
的整数倍,不足的需要补齐。