内存管理(二)Tagged Pointer

本文主要研究Tagged Pointer技术,针对该技术需要解决的问题、以及在实际应用中的价值做一些简单的探讨。

如果你想要更进一步,去挖掘Tagged Pointer是如何实现的,可以参考Friday Q&A 2012-07-27: Let’s Build Tagged Pointersobjc源码

另外,本文中涉及到的示例代码,请在真机iOS设备上测试,因为Tagged Pointer技术针对不同的平台,具体实现细节是有差异的,否则无法得出和本文一致的测试结果。

一、对象的内存

下面我们针对iOS中对象进行一些探究,代码如下,其完整代码见TaggedPointer

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__weak NSNumber *weakNumber;
__weak NSString *weakString;
__weak NSDate *weakDate;
__weak NSObject *weakObj;
int num = 123;

@autoreleasepool {
weakObj = [[NSObject alloc] init];
weakNumber = [NSNumber numberWithInt:num];
weakString = [NSString stringWithFormat:@"string%d", num];
weakDate = [NSDate dateWithTimeIntervalSince1970:0];
}
NSLog(@"weakObj is %@", weakObj);
NSLog(@"weakNumber is %@", weakNumber);
NSLog(@"weakString is %@", weakString);
NSLog(@"weakDate is %@", weakDate);

第7行,首先定义了4个__weak***对象,构建了一个autoreleasepool,所以在12行之后,所有__weak修饰的弱引用对象,都会被释放。经过上面分析,我们得出,对象会打印出null

但是,实际上,我们得到了如下的输出。

TaggedPointer[3570:3928309] weakObj is (null)

TaggedPointer[3570:3928309] weakNumber is 123

TaggedPointer[3570:3928309] weakString is string123

TaggedPointer[3570:3928309] weakDate is Thu Jan 1 08:00:00 1970

可以看到,只有NSObject对应的对象值是null,其他的值,均正常打印。

这是因为NSNumberNSStringNSDate,在这里采用了Tagged Pointer技术。

二、Tagged Pointer

2.1 Tagged Pointer技术

2.1.1 简介

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2.2.2 未引入Tagged Pointer

image-20190103130510065

2.2.3 引入Tagged Pointer

image-20190103130534599

2.2.4 判断是否是Tagged Pointer

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2.2 应用

2.2.1 支持的对象类型

可以从objc源码中找出支持Tagged Pointer 的对象类型,如下:

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typedef uint16_t objc_tag_index_t;
enum
{
OBJC_TAG_NSString = 2,
OBJC_TAG_NSNumber = 3,
OBJC_TAG_NSIndexPath = 4,
OBJC_TAG_NSDate = 6,
....
};

即针对NSStringNSNumberNSDateNSIndexPath这些类型,都支持Tagged Pointer技术。

2.2.2 NSNumber

我们通过NSNumber以及NSString对象来观察Tag+Data的存储形式。

示例代码参见:TaggedPointer

如下所示,我们创建了很多NSNumber对象:

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NSNumber *number1 = @1;                          //0xb000000000000012
NSNumber *number2 = @2; //0xb000000000000022
NSNumber *number3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFF); //0x1c0022560
NSNumber *number4 = @(1.2); //0x1c0024b80
int num4 = 5;
NSNumber *number5 = @(num4); //0xb000000000000052
long num5 = 6;
NSNumber *number6 = @(num5); //0xb000000000000063
float num6 = 7;
NSNumber *number7 = @(num6); //0xb000000000000074
double num7 = 8;
NSNumber *number8 = @(num7); //0xb000000000000085

//值:0xb000000000000012 0xb000000000000022 0x1c0022560 0x1c0024b80 0xb000000000000052 0xb000000000000063 0xb000000000000074 0xb000000000000085
NSLog(@"%p %p %p %p %p %p %p %p", number1, number2, number3, number4, number5, number6, number7, number8);

由上表我们得出:

  • 很大的数字,超过Tagged Pointer表示上限的时候,将会转为对象存储,存放在堆上;
  • 如果是含有小数点的浮点数,将会直接以对象方式存储;
  • 其余类型的数字,包括不含小数部分的浮点型和整型都会以Tagged Pointer存储。

并且,针对以上部分,我们整理出Tagged Pointer的存储格式如下,以number1为例:

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2.2.3 NSString

同上面NSNumber的处理逻辑,NSString处理的类似。

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NSString *str1 = @"a";                                          //0x1049cc248
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"a"]; //0xa000000000000611
NSString *str3 = [NSString stringWithFormat:@"bccd"]; //0xa000000646363624
NSString *str4 = [NSString stringWithFormat:@"c"]; //0xa000000000000631
NSString *str5 = [NSString stringWithFormat:@"cdasjkfsdljfiwejdsjdlajfl"];//0x1c02418f0
NSLog(@"%@ %@ %@ %@ %@",
[str1 class], //__NSCFConstantString
[str2 class], //NSTaggedPointerString
[str3 class], //NSTaggedPointerString
[str4 class], //NSTaggedPointerString
[str5 class]); // __NSCFString

根据以上结果,我们将NSString分类三类:

  • 常量类型:__NSCFConstantString,定义的字符串常量。
  • Tagged Pointer类型:NSTaggedPointerString,通过对象方法创建的短字符串。
  • NSString对象类型:__NSCFString,包括NSString、NSMutableString等创建的字符串对象。

以上,整理如下:

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NSString以Tagged Pointer的存储格式如下:

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2.3 内存管理

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三、一个面试问题的研究

该面试题如下:

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参考

链接

  1. Friday Q&A 2012-07-27: Let’s Build Tagged Pointers
  2. Tagged Pointer wiki
  3. NSString retain count -1
  4. objc源码

示例代码

  1. TaggedPointer