NSString内存详解

内存分配

image-20210903112329035.png
image-20210903112409969.png

我们可以看到string1和string2的内存地址是相同的。事实上,@"11"存在于常量存储区,无论你创建、释放多少次,都不会被释放掉。如果你有兴趣打印下它的类型和retainCount,可以发现分别是__NSCFConstantString和1152921504606846975。
事实上,所有的__NSCFConstantString类型的实例都是有无限的retainCount的。这就意味着所有的__NSCFConstantString都不会被释放。

image-20210903154022082.png
image-20210903155143196.png
  • self.testStr只是对test2的一个浅拷贝,自然地址和2一样;
  • 3,5,6的类型都是NSTaggedPointerString,4的类型是__NSCFString。3,5,6的字面量虽然和1、2一样的,但是类型其实是不同的。
  • 上面打印的结果中可以看到3,5,6的地址位置非常高,那它们分配在哪个区呢?
  • 另外需要注意的是:如果换成较长的字符串,3,5,6的类型也不是NSTaggedPointerString而是__NSCFString

要研究明白为什么使用的是不同的类型,首先要清楚什么是NSTaggedPointerString,以及为什么直接用字面量赋值给NSString的时候,苹果不采用NSTaggedPointerString类型。

Tagged Pointer(引用唐巧博客)

在 2013 年 9 月,苹果推出了 iPhone5s ,与此同时,iPhone5s 配备了首个采用 64 位架构的 A7 双核处理器,为了节省内存和提高执行效率,苹果提出了Tagged Pointer的概念。对于 64 位程序,引入 Tagged Pointer 后,相关逻辑能减少一半的内存占用,以及 3 倍的访问速度提升,100 倍的创建、销毁速度提升。

我们先看看原有的对象为什么会浪费内存。假设我们要存储一个 NSNumber 对象,其值是一个整数。正常情况下,如果这个整数只是一个 NSInteger 的普通变量,那么它所占用的内存是与 CPU 的位数有关,在 32 位 CPU 下占 4 个字节,在 64 位 CPU 下是占 8 个字节的。而指针类型的大小通常也是与 CPU 位数相关,一个指针所占用的内存在 32 位 CPU 下为 4 个字节,在 64 位 CPU 下也是 8 个字节。

所以一个普通的 iOS 程序,如果没有Tagged Pointer对象,从 32 位机器迁移到 64 位机器中后,虽然逻辑没有任何变化,但这种 NSNumber、NSDate 一类的对象所占用的内存会翻倍。如下图所示:

image.png

我们再来看看效率上的问题,为了存储和访问一个 NSNumber 对象,我们需要在堆上为其分配内存,另外还要维护它的引用计数,管理它的生命期。这些都给程序增加了额外的逻辑,造成运行效率上的损失。

为了改进上面提到的内存占用和效率问题,苹果提出了Tagged Pointer对象。由于 NSNumber、NSDate 一类的变量本身的值需要占用的内存大小常常不需要 8 个字节,拿整数来说,4 个字节所能表示的有符号整数就可以达到 20 多亿(注:2^31=2147483648,另外 1 位作为符号位),对于绝大多数情况都是可以处理的。

所以我们可以将一个对象的指针拆成两部分,一部分直接保存数据,另一部分作为特殊标记,表示这是一个特别的指针,不指向任何一个地址。所以,引入了Tagged Pointer对象之后,64 位 CPU 下 NSNumber 的内存图变成了以下这样:

image.png

对此,我们也可以用 Xcode 做实验来验证。我们的实验代码如下:

image-20210903155741678.png

可见,苹果确实是将值直接存储到了指针本身里面。我们还可以猜测,数字最末尾的 2 以及最开头的 0xb 是否就是苹果对于Tagged Pointer的特殊标记呢?我们尝试放一个 8 字节的长的整数到NSNumber实例中,对于这样的实例,由于Tagged Pointer无法将其按上面的压缩方式来保存,那么应该就会以普通对象的方式来保存,我们的实验代码如下:
1.png

可见,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。关于以上关于Tag Pointer的存储细节,我们也可以在这里找到相应的讨论,但是其中关于Tagged Pointer的实现细节与我们的实验并不相符,笔者认为可能是苹果更改了具体的实现细节,并且这并不影响Tagged Pointer我们讨论Tagged Pointer本身的优点。

NSTaggedPointerString

2.png

image-20210918172942535.png

由上可知,NSTaggedPointerString是以0xa开头,中间用特殊方式记录值,字符串长度作为末尾数字的一串地址。如果字符串为纯数字,就直接用3X的方式表示,比如test2的值为8,那么值就表示为38再加上后面的字符串长度1就是0xa000000000000381。如果字符串为字符,就以ASCII码作为值存储,比如test1。

苹果对于Tagged Pointer特点的介绍:

  1. Tagged Pointer专门用来存储小的对象,例如NSNumberNSDate
  2. 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。
  3. 在内存读取上有着 3 倍的效率,创建时比以前快 106 倍。

由此可见,苹果引入Tagged Pointer,不但减少了 64 位机器下程序的内存占用,还提高了运行效率。完美地解决了小内存对象在存储和访问效率上的问题。

苹果将Tagged Pointer引入,给 64 位系统带来了内存的节省和运行效率的提高。Tagged Pointer通过在其最后一个 bit 位设置一个特殊标记,用于将数据直接保存在指针本身中。因为Tagged Pointer并不是真正的对象,我们在使用时需要注意不要直接访问其 isa 变量。



NSString用copy还是strong修饰?

@property (nonatomic, strong) NSString *strongStr;
@property (nonatomic, copy)   NSString *copyedStr;
//不可变字符串赋值
- (void)testString {
    NSString *string = [NSString stringWithFormat:@"lalala"];
    self.strongStr = string;
    self.copyedStr = string;
        
    NSLog(@"origin string: %p, %p", string, &string);
    NSLog(@"strong string: %p, %p", _strongStr, &_strongStr);
    NSLog(@"copyed string: %p, %p", _copyedStr, &_copyedStr);
}
3.png

这种情况下,不管是strong还是copy属性的对象,其指向的地址都是同一个,即为string指向的地址。

//可变字符串赋值
- (void)testMutbleString {
    NSMutableString *mutbleString = [NSMutableString stringWithFormat:@"hahaha"];
    self.strongStr = mutbleString;
    self.copyedStr = mutbleString;
    
//    [mutbleString appendString:@" wawawa"];
    
    NSLog(@"mut origin string: %p, %p", mutbleString, &mutbleString);
    NSLog(@"mut strong string: %p, %p", _strongStr, &_strongStr);
    NSLog(@"mut copyed string: %p, %p", _copyedStr, &_copyedStr);
}
4.png

此时copy属性字符串已不再指向string字符串对象,而是深拷贝了string字符串,并让_copyedStr对象指向这个字符串

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 211,639评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,277评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,221评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,474评论 1 283
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,570评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,816评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,957评论 3 408
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,718评论 0 266
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,176评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,511评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,646评论 1 340
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,322评论 4 330
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,934评论 3 313
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,755评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,987评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,358评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,514评论 2 348

推荐阅读更多精彩内容