Swift Memory Layout

Unsafe Pointer

在开始介绍Memory Layout之前，先介绍下Swift指针。如图所示，除了黑色Unsafe和Pointer固定外，其他都是可选的，一共有8种不同的类型。

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Memory Layout

早在Swift3.0的时候就推出函数MemoryLayout计算内存大小。其中分为如下3个参数

MemoryLayout<T>.size //内存大小
MemoryLayout<T>.stride //分配的内存大小
MemoryLayout<T>.alignment //内存对齐大小

比如:

MemoryLayout<Int32>.size //4
MemoryLayout<Int32>.stride //4 
MemoryLayout<Int32>.alignment //4

size

**MemoryLayout.size** 表示一个数据在内存中占用的大小，比如常见的Int32 4个字节，Int64 8个字节。

除了计算基础类型外，也可以计算结构体和对象

struct Person {
    let age:Int64
    let sex:Bool
}

MemoryLayout<Person>.size // 9
MemoryLayout<Person>.stride //16
MemoryLayout<Person>.alignment //8

stride & alignment

什么是内存对齐

CPU 更高效地读写内存，采用了word size读取方式，避免造成额外的开销；但是也要求类型的存储地址要与其内存对齐。

我们修改下上面的demo如下：为什么修改了下属性的顺序，结构体的size变化了呢？

struct Person {
    let sex:Bool
    let age:Int64
}

MemoryLayout<Person>.size // 16
MemoryLayout<Person>.stride // 16
MemoryLayout<Person>.alignment // 8

首先我们分别获取属性Bool和Int64的内存模型

MemoryLayout<Bool>.size //1
MemoryLayout<Bool>.stride //1 
MemoryLayout<Bool>.alignment //1

MemoryLayout<Int64>.size //8
MemoryLayout<Int64>.stride //8
MemoryLayout<Int64>.alignment //8

首先是Bool类型，内存对齐是1，当前内存对象是1的倍数不需要padding，所以第一个字节是赋值Bool
第2个属性是Int64，内存对齐是8，当前内存地址是1，不是8的倍数，需要padding7个字节
地址8-16是Int64赋值，所以MemoryLayout.size = 16
MemoryLayout.alignment = Max( MemoryLayout.alignment ，MemoryLayout.alignment ) = 8
Person.alignment 满足8字节的内存对齐，不需要再padding，所以MemoryLayout.stride = 16

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请画出：未交换属性之前的内存图

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实战

在xcode中，去真正内存中看下是否满足我们的猜想

初始化一个结构体 var person = Person(sex: true, age: 11) ，打印结构体地址 withUnsafeMutablePointer(to: &self) 或者通过如下方式
查看该地址在内存的信息

第一个字节是01 表示 let sex:Bool ，然后padding7个0x00 字节，最后0x000000000000000B 表示 11，就是我们设置的 let age:Int64

猜想

从结构体的内存模型来看，好像无法区分是什么类型，如果我定义一个一摸一样的结构体，是不是可以偷天换日呢？

struct Person {
    let sex:Bool
    let age:Int64
}

struct Person2 {
    let sex:Bool
    let age:Int64
}

var person = Person(sex: true, age: 11)
let rawPointer = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount:MemoryLayout<Person2>.stride, alignment: MemoryLayout<Person2>.alignment)
let personPointer =  withUnsafeMutablePointer(to: &person) {
  	return UnsafeMutableRawPointer($0).bindMemory(to: Int8.self, capacity: MemoryLayout<Self>.stride)
}
rawPointer.copyMemory(from: personPointer, byteCount: MemoryLayout<Person2>.stride)
let person2 = rawPointer.load(as: Person2.self)

XCTAssertTrue(person.sex == person2.sex && person.age == person2.age)
//pass

总结

MemoryLayout.alignment = Max( MemoryLayout.alignment ，MemoryLayout.alignment )
MemoryLayout.size = MemoryLayout.size + padding + ... + MemoryLayout.size
MemoryLayout.stride = MemoryLayout.size + padding

其中padding是通过内存对其来计算的