iOS 内存对齐原则分析

在分析内存对齐原则之前，我们先来分析一下在OC和C中，各种基本数据类型在32位或64位的操作系统中，他们所占的字节数是否相同呢？各占多少字节数呢？

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根据上图的数据类型所占的字节数，我们就有了内存对齐的原则：

• 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：如果一个结构体里面有某些结构体成员，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）。
• 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。

我们用一个案例来分析字节对齐原则：

struct One {
    double a;   // 8   0...7
    int b;      // 4   8 9 10 11
    char c;     // 1   12
    short d;    // 2   14 15
} CSOne;
// 内部需要的大小为： 16
// 最大属性： 8
// 结构体整数倍：16

struct Two {
    double a;  // 8 0...7
    char b;    // 1 8
    int c;     // 4 12 13 14 15
    short d;   // 2 16 17
} CSTwo;
// 内部需要的大小为： 18
// 最大属性： 8
// 结构体整数倍：24

struct Three {
    double a;  // 8 0...7
    char b;    // 1 8
    short c;   // 2 10 11
    int d;     // 4 12 13 14 15
} CSThree;
// 内部需要的大小为： 16
// 最大属性： 8
// 结构体整数倍：16

以上3个结构体中，有a , b, c, d 4 个完全一样的属性，只是它们的位置不同，那么这3个结构体所占的字节数是否相同呢？

   NSLog(@"%lu ---- %lu ---- %lu", sizeof(CSOne), sizeof(CSTwo), sizeof(CSThree));
// 控制台打印的数据：
   16 ---- 24 ---- 16

分析：通过控制台打印的数据，我们得出是不相同的，为什么会这样呢？他们只是换了一下位置就不同？这是由于结构体内属性的字节数不同，属性存储时内存对齐原则导致的。

• 我们先分析结构体 Two

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分析：a是double类型，占用8字节，由于是第一个数据成员，则放在 offset 为0的地方( 0...7 ), b 是char 类型占用 1 字节，根据结构体内存对齐原则，由于 8 是 1的倍数，则b 存在8的位置，再继续存储c，由于c是int类型占 4字节，而9， 10， 11位置都不是 4 的倍数，所以不能存储，到12的位置，12是4的倍数，则开始存储c (12, 13, 14, 15), 再开始存储 d，由于 d 是 short 类型占用 2 字节，从 16 的位置开始存储，16是2的整数倍可以存储，则d存储在(16, 17)的位置。存储完a , b, c, d,后 ，内部需要的大小为18字节，根据内存对齐第三条，则需要 24字节存储空间。

接下来我们分析一下结构体嵌套类型的数据对齐方式：

struct Four {
    double a;
    char b;
    int d;
    short c;
    struct Three *e;
} CSFour;

通过控制台打印的数据：

   NSLog(@"%lu", sizeof(CSFour));
// 打印信息：
   32

通过代码分析，我们可以得出，由于结构体指针只占8 字节，所以 结构体 CSFour 中的结构体 e 只占8字节，其他的属性经过之前的分析得出大小为 18 字节， 再加上结构体 e的大小为 8字节，根据内存对齐原则，可得出 结构体 CSFour 的大小为32 字节。