【iOS】源码阅读(三)——内存对齐原理

前言

  之前学习alloc相关源码，涉及到内存对齐的相关内容，今天笔者详细学习了一下相关内容并写了此篇博客。

获取内存大小的三种常用方式

  获取内存大小的方式有很多种，主要分为三类：获取对象实例占用的内存大小、获取进程占用的内存大小​​、获取数据结构/内存块的大小​。在iOS中获取内存大小的三种方式主要有：sizeof 、class_getInstanceSize 、malloc_size。

sizeof

• 编译时运算符​​，返回变量或类型在内存中占用的字节数。
• ​​只适用于​​基本数据类型（int、float）、结构体、类实例（仅计算静态分配的内存）。
• 不适用于动态分配的内存（如通过 malloc 分配的部分）、对象头（如 Objective-C 的 isa 指针）。

  首先，需要明确，sizeof是一个操作数，不是函数；其次，这个大小在编译时就已经确定了，不考虑运行时的动态内存。对于OC对象，sizeof只返回指针的大小（通常情况下为8字节），而不是对象的实际占用内存。

%zu：

一般用于输出或读取 size_t 类型（即无符号整型）的变量（通常是 sizeof 运算符的结果）。

class_getInstanceSize

• Objective-C 运行时函数​​，返回一个 Objective-C 类的实例对象在内存中占用的实际大小（不包括额外的 malloc 分配开销）。
• ​​包含的内容：isa 指针（8 字节），所有实例变量（ivars）的大小，内存对齐填充。

#import <objc/runtime.h>@interface MyClass : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *name; // 8 字节
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;  // 8 字节
@end@implementation MyClass
@end// 计算实例变量总大小
size_t instanceSize = class_getInstanceSize([MyClass class]);
NSLog(@"实例变量大小: %zu 字节", instanceSize); 

按理论来说，这里应该输出16个字节，但实际上输出为24个字节，这是为什么呢？
这里可以简单理解为class_getInstanceSize 遵循的是8字节对齐：

每个 Objective-C 对象都有一个 isa 指针，指向它的类对象，这在 64 位系统上占用 8 字节。
在刚刚的代码中：
NSString *name：一个强引用的指针，占用 8 字节
NSInteger age：在 64 位系统上占用 8 字节

所以刚才代码中的内存计算：isa (8) + name (8) + age (8) = 24 字节

所以总和是 24 字节（8 + 8 + 8），这正好是 8 字节对齐的倍数，不需要额外填充。如果这个类没有声明任何实例变量，大小会是 16 字节（8 字节的 isa 指针 + 8 字节的填充，以满足最小 16 字节的对象大小要求）。

至于为什么类没有声明任何实例变量，大小会是 16 字节：

isa 指针占用 8 字节（所有 Objective-C 对象都有）。
Objective-C 运行时强制对象最小大小为 16 字节（即使没有实例变量），这是为了内存管理的效率（减少小对象的内存碎片）。剩余的 8 字节是 填充（padding），未被使用但必须分配。

总结：

class_getInstanceSize遵循8字节对齐。
24 字节 是 isa + name + age 的自然大小，不需要额外填充。
类没有声明任何实例变量，大小会是 16 字节。

malloc_size

• ​​C 标准库函数​​，返回 malloc（或 calloc/realloc）实际分配的内存块大小（可能比请求的大小更大），遵循16字节对齐。
• 包含​​对象本身的大小（class_getInstanceSize 的结果）和 malloc 的内存管理开销（如内存对齐、内存池优化等）。

int *array = malloc(10 * sizeof(int)); // 请求40字节
size_t allocatedSize = malloc_size(array);
printf("Malloc size: %zu\n", allocatedSize); // 输出为48（16字节对齐）

了解到这里，我们就可以把 class_getInstanceSize和malloc_size拉在一起看看，我们在刚刚 class_getInstanceSize学习的代码里添加：

size_t allocatedSize = malloc_size((__bridge const void *)obj);
NSLog(@"malloc_size: %zu", allocatedSize); // 32

这里会输出32，因为class_getInstanceSize 计算的是 24 字节，但 malloc 会 向上取整到最近的 16/32 字节，所以实际分配 32 字节：

总结

  先用代码来进行对比，我们可以看到输出结果：


  对三者进行总结如下：