iOS - 内存对齐

1. 基本的内存对齐

// 对象内存对齐
struct objc_object {// isa 指针 8 字节对齐isa_t isa __attribute__((aligned(8)));
};// 定义对齐常量
#define WORD_MASK 7UL            // 字对齐掩码
#define WORD_SHIFT 3UL           // 字对齐位移
#define WORD_SIZE 8              // 64位系统下字的大小

2. 弱引用表的内存对齐

struct weak_entry_t {// 确保指针对齐DisguisedPtr<objc_object> referent;union {struct {// 确保引用数组对齐weak_referrer_t *referrers;};struct {// 内联数组对齐weak_referrer_t inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];};};
};// 弱引用表大小对齐
static size_t aligned_size() {return (size + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

3. 缓存对齐

struct cache_t {// bucket 数组对齐struct bucket_t *_buckets __attribute__((aligned(CACHE_LINE_SIZE)));// 掩码对齐优化mask_t _mask;  // 总是 2^n - 1// 计算对齐的大小static size_t bytesForCapacity(uint32_t cap) {return sizeof(bucket_t) * cap + sizeof(cache_t);}
};

4. 内存分配对齐

// 分配内存时的对齐处理
void *calloc(size_t count, size_t size) {// 计算对齐后的大小size_t alignedSize = (size + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;// 分配对齐的内存void *result = malloc(count * alignedSize);if (result) {// 清零bzero(result, count * alignedSize);}return result;
}

5. 属性对齐

// 属性内存对齐
struct property_t {const char *name;const char *attributes;
} __attribute__((aligned(WORD_SIZE)));// 确保属性列表对齐
struct property_list_t {uint32_t count;uint32_t size;property_t first;  // 这里开始的属性数组会自动对齐
};

6. 优化相关的对齐

// 1. CPU 缓存行对齐
#define CACHE_LINE_SIZE 64
struct cache_aligned_t {// 确保数据在缓存行边界上对齐char data[32] __attribute__((aligned(CACHE_LINE_SIZE)));
};// 2. SIMD 指令对齐
struct simd_data {// 16字节对齐用于 SIMD 指令float values[4] __attribute__((aligned(16)));
};

7. 对齐检查和处理

// 检查对齐
static inline bool isAligned(const void *ptr, size_t alignment) {return (((uintptr_t)ptr) & (alignment - 1)) == 0;
}// 计算对齐填充
static inline size_t alignmentPadding(size_t size, size_t alignment) {return (alignment - (size & (alignment - 1))) & (alignment - 1);
}

8. 内存对齐的优点

/*
1. 性能优化：- 减少内存访问次数- 提高缓存命中率- 支持原子操作2. 硬件要求：- 满足处理器对齐要求- 支持 SIMD 指令- 优化内存访问3. 内存效率：- 减少内存碎片- 优化内存布局- 提高访问效率
*/

总结要点：

1. 对齐目的：

• 提高访问效率

• 满足硬件要求

• 支持特殊指令

2. 对齐实现：

• 属性对齐

• 结构体对齐

• 内存分配对齐

3. 优化考虑：

• 缓存行对齐

• SIMD 对齐

• 填充优化

4. 注意事项：

• 内存开销
• 平台兼容性
• 性能影响