iOS 结构体内存对齐分析

先来看一张内存图


内存占用图

一.结构体定义

struct Student1 {
    BOOL d;
    double c;
    int b;
    char a;
};


struct Student2 {
    double c;
    int b;
    char a;
    BOOL d;
};

int main(int argc, char * argv[]) {
    
    struct Student1 a;
    struct Student2 b;
    NSLog(@"A:%ld B:%ld \n",sizeof(a),sizeof(b));
    return 1;
}

///输出结果
A:24 B:16

为什么两个输出的结果不一样呢?
接下来我们看看内存对齐规范

1: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。 min(当前开始的位置mn)m=9n=4
9 10 11 12
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.不足的要补⻬。

分析可得知

struct Student1 {
    BOOL d;       1 byte  [0  1] (0) 
    double c;     8 byte  [8  8] (8,9,10,11,12,13,14,15)
    int b;        4 byte  [16 4] (16,17,18,19)
    char a;       1 byte  [20 1] (20)
};
所以sizeof = 24

struct Student2 {
    double c;     8 byte [0  7] (0,1,2,3,4,5,6,7)
    int b;        4 byte [8  4] (8,9,10,11)
    char a;       1 byte [12 1] (12)
    BOOL d;       1 byte [13 1] (13)
};
所以sizeof= 16

为什么要内存对齐呢?

首先我们先要了解一下处理器是如何读取内存的
我们数据都是以字节(Byte)形式存储在内存当中的
当需要数据的时候一般都是以尽管内存是以字节为单位,但是大部分处理器并不是按字节块来存取内存的,这取决于数据类型和处理器的设置;它一般会以双字节,四字节,8字节,16字节甚至32字节的块来存取内存,我们将上述这些存取单位称为内存存取粒度.

  • 举个栗子
    内存没对齐的情况下读取一个int类型的数据
    image.png

    第一次读取 从0x0起度 读取到0x3位置
    这一次读取之后我们并不能访问到我们想要的数据,紧接着处理器会继续往下读偏移4个字节
    从0x4开始取到0x7 如图
    image.png

    到这里,处理器才能读取到了我们需要访问的内存数据,当然这中间还存在剔除与合并的过程。
    那么如果是对齐的数据呢?
    image.png

显然,如果是对齐的,对于本例,仅需读取1次,我们便可以读取到目标数据。

可见,对齐与否会影响到我们的读取效率。
这就是为什么要内存对齐的原因。

总结

其实内存对齐就是遵守了一套规则,
编译器通过适当增加padding,使每个成员的访问都在一个读取里完成,而不需要多次访问

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