(2)NSNumber及Tagged Pointer

根据上一篇文章的总结,我们很容易发现

@interface Student : NSObject
{
    @public
    int _age;
    int _no;
}

一个Student对象在64位架构下占了16个字节,其中isa占8个字节,两个int变量分别占了4个字节,但是这种方式适合所有OC对象吗??哈哈,并不是。。。

今天早上有朋友问NSNumber为啥占用8个字节(64bit),请看NSNumber头文件,发现如下代码:

@property (readonly) char charValue;
@property (readonly) unsigned char unsignedCharValue;
@property (readonly) short shortValue;
@property (readonly) unsigned short unsignedShortValue;
@property (readonly) int intValue;
@property (readonly) unsigned int unsignedIntValue;
@property (readonly) long longValue;
@property (readonly) unsigned long unsignedLongValue;
@property (readonly) long long longLongValue;
@property (readonly) unsigned long long unsignedLongLongValue;
@property (readonly) float floatValue;
@property (readonly) double doubleValue;
@property (readonly) BOOL boolValue;
@property (readonly) NSInteger integerValue API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
@property (readonly) NSUInteger unsignedIntegerValue API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));

NSNumber对象里面有很多只读属性(其实并不会生成对应的成员变量),为啥只占8个字节呢??我们先做几个试验:

NSNumber *number1 = [NSNumber numberWithInt:9];
NSNumber *number2 = [NSNumber numberWithInt:9];
NSNumber *number3 = [NSNumber numberWithInt:5];
NSNumber *number4 = [NSNumber numberWithInt:6];
NSLog(@"\n%p\n%p\n%p\n%p", number1, number2,number3, number4);

下面是打印结果:

0xb000000000000093
0xb000000000000093
0xb000000000000052
0xb000000000000062

我们发现:

  • number1和number2的对象地址竟然是一样的
  • 这几个地址除了0xb和后面的32,其它的数刚好对应其NSNumber的值

所以苹果确实是将值直接存在了指针本身当中了

Google上发现一张NSNumber的内存图,很形象:

NSNumbe

这就很有意思了,我尝试着打印下他们的ISA指针,发现报如下错误:

image

这是为什么呢,通过查找一些资料发现,唐巧在很早前的一篇文章中提到Tagged Pointer:一下是摘录:

在WWDC2013的《Session 404 Advanced in Objective-C》视频中,苹果介绍了Tagged Pointer。Tagged Pointer的存在主要是为了节省内存。我们知道,对象的指针大小一般是与机器字长有关,在32位系统中,一个指针的大小是32位(4字节),而在64位系统中,一个指针的大小将是64位(8字节)。

在64位系统中,如果我们真正使用一个指针来存储NSNumber实例,那么我们首先需要一个8字节的指针,另外需要一块内存存储NSNumber实例,这通常又是8字节。这样的内存开销是比较大的。苹果对于NSNumber和NSDate对象,改成了用Tagged Pointer来存储,简单来说,Tagged Pointer是一个假的指针,它的值不再是另一个地址,而就是对应变量的值。

Tagged Pointer主要有以下3个特点:

Tagged Pointer专门用来存储小的对象,例如NSNumber和NSDate
Tagged Pointer指针的值不再是地址了,而是真正的值。所以,实际上它不再是一个对象了,它只是一个披着对象皮的普通变量而已!所以,它的内存并不存储在堆中,也不需要malloc和free。
在内存读取上有着3倍的效率(以前是寻址->发消息->获取值,现在直接获取值),创建时比以前快106倍。

相关英文文档截图如下:

image

看了上面的文章,终于恍然大悟了,大神不愧是大神,这篇文章是14年初写的。。。

所以我们得出如下结论:

  • Tagged Pointer并不是真正的对象,而是一个伪对象

因为Tagged Pointer不是一个真正的对象,所以当你访问它的ISA的时候自然就会报上面的错误了。

如果一个数超过了Tagged Pointer所能表示的范围,又会怎么处理呢?同样做个试验:

NSNumber *bigNumber = @(0xEFFFFFFFFFFFFFFF);
NSLog(@"%p", bigNumber);

打印结果:

0x6000002310c0

我们发现bigNumber更像一个普通的地址,跟他本身的值并没有什么关系,我们可以打印一下他的ISA,发现是可以打印的:

image

所以可以得出如下结论:

  • 当8字节可以承载用于表示的数值时,系统就会以Tagged Pointer的方式生成指针,如果8字节承载不了时,则又用以前的方式来生成普通的指针。

References:

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