二、内存对齐原则及OC对象内存

三大对齐原则

１:数据成员对齐规则：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在３２位机为４字节,则要从４的整数倍地址开始存储。

２: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(struct b内部的double)的整数倍开始存储.)

３: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。

数据占用内存

案例

struct LGStruct1 {
    double a;   // 8 (0-7)
    char b;     // 1 [8 1] (8)
    int c;      // 4 [9 4] 9 10 11 (12 13 14 15)
    short d;    // 2 [16 2] (16 17)
}struct1;

struct LGStruct2 {
    double a;   //8 (0-7)
    int b;      //4 (8 9 10 11)
    char c;     //1 (12)
    short d;    //2 13 (14 15) - 16
}struct2;

struct LGStruct3 {
    double a;   //8 (0-7)
    int b;      //4 (8 9 10 11)
    char c;     //1 (12)
    struct LGStruct2 s; //16  13 (16--32)  结构体从其内部最大成员(LGStruct2 中最大成员 double a )8的倍数开始
    short d;    //2 33 (34 35 ) 8字节对齐 取到40
}struct3;

NSLog(@"%lu-%lu",sizeof(struct1),sizeof(struct2));
NSLog(@"%lu-%lu-%lu",sizeof(struct1),sizeof(struct2),sizeof(struct3));

2020-09-08 11:03:14.531380+0800 001-内存对齐原则[11922:80409] 24-16
2020-09-08 11:26:26.166565+0800 001-内存对齐原则[1986:362961] 24-16-40

LGStruct1

double a, 占用8字节, 内存: 从0->7
char b, 占用1字节, 从8开始, 8为1的倍数符合原则1 8
int c,占用4个字节, 从9开始, 正常应为9 , 10 ,11 ,12 但是按照原则1起始值应为占用字节数(4)的倍数, 所以从4的倍数 12开始, 12->15
short d, 占用2个字节, 从16开始, 16为2的倍数符合原则1 16->17
共占用0到17, 18位, 但是按照苹果的8进制对齐原则, 实际占用24

LGStruct2

double a, 占用8字节, 内存: 从0->7
int b, 占用4自己, 内存: 从8->11
char c 占用1字节, 内存 13
short d, 占用2自己, 14->15,
共占用16字节, 实际大小为16

LGStruct3

double a, 占用8字节, 内存: 从0->7
int b, 占用4自己, 内存: 从8->11
char c 占用1字节, 内存 13
struct LGStruct2 s, 据上可知占用16字节, 从14开始, 但根据原则2 结构体应该为8的倍数开始, 所以总16开始 16-32
short d, 占用2个字节, 33 ,按照原则1,从34开始 34->35
实际占用空间40字节原则3 结构体作为结构体成员，其对齐值取其自身成员及子成员中最长基本数据类型的成员的长度的整数倍。

OC类的数据成员和尺寸

1. OC类的属性

无论是结构体还是类其实都是一些数据的集合的声明和描述，OC类也是如此。只不过在OC类中除了声明数据成员外，还可以定义方法。当然方法本身是不会占用对象的存储空间的。

在OC类中声明的实体属性最终会转化为数据成员。每个OC类中还会有一个隐式的数据成员isa，这是一个指针类型的数据成员，并且是作为类的第一个数据成员被定义。因此下面的OC类定义:

@interface Student
  @property short int age;
  @property NSString *address;
  @property float grade;
  @property BOOL sex;
@end

如果转化为结构体的话就会变成：

struct Student {
  void *isa;
  BOOL _sex;
  short int _age;
  float  _grade;
  NSString *_address;
};

从上面的定义中可以看出，除了会多出一个isa数据成员外，数据成员的顺序也发生了变化，它不再是按OC中定义的属性顺序进行排列了。编译器会自动优化OC类中属性的排列顺序，也就是说：

OC类中定义的属性顺序会在编译时进行优化调整，其调整的规则就是先按数据类型的尺寸从小到大进行排列，相同尺寸的数据成员则按字母顺序进行排列。

因此我们在定义OC类时不需要考虑属性的定义顺序，系统会优化这些顺序以便达到最小的内存占用。

最后再来说说OC类实例对象的内存占用问题。OC类的对象内存尺寸占用按如下规则进行计算：

64位系统中是所有数据成员的总和并且是8的倍数，32位系统中是所有数据成员的总和并且是4的倍数。
最小为16个字节。

2. OC类的内部数据成员

OC类中定义的实例属性系统在编译时会默认转化为一个带下划线的数据成员，属性数据成员的内存排列顺序会被优化处理。在实际中我们还可以在OC类中直接定义内部的数据成员，比如下面的形式：

@interface Student
  @property NSString *address;
  @property BOOL sex;
@end

@implementation Student {
   //内部的数据成员
    BOOL a[7];
    NSString  *b;
}
@end

上面的实现中定义了两个内部数据成员a,b。当出现这种情况时编译器不会对这些内部数据成员的顺序进行优化，而是按定义的顺序在内存中进行排列，并且是优先于属性数据成员进行排列。因此上面的例子最终的内存布局结构为：

struct Student {
  void *isa;
  BOOL a[7];
  NSString *b;
  BOOL _sex;
  NSString *_address;
};

因此不建议在OC类中定义内部数据成员，因为它会影响最终的对象内存占用情况。如果实在是要定义的话就需要考虑这些内部数据成员的定义顺序以便达到最佳的内存占用布局来减少对象内存实例的占用。就以上面的代码为例，在64位系统下的最佳定义顺序应该如下：

@interface Student
  @property NSString *address;
  @property BOOL sex;
@end

@implementation Student {
   //内部的数据成员
   NSString  *b;
   BOOL a[7];
}
@end