引言

果设备备受欢迎的背后离不开iOS优秀的内存管理，不同场景，系统提供了不同的内存管理方案来节省内存和提高执行效率，大致有如下三种：

TaggedPointer（对于一些小对象，比如说NSNumber,NSString等）

NONPOINTER_ISA（不仅仅是指针）

散列表SideTables

为了节省内存和提高执行效率，苹果提出了TaggedPointer的概念。对于64位程序，引入TaggedPointer后，相关逻辑能减少一半的内存占用，苹果对于TaggedPointer特点的介绍：

TaggedPointer专门用来存储小的对象，例如NSNumber和NSDate

TaggedPointer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，创建时比以前快106倍。

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TaggedPointer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：

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，所以需要一种解决方案（TaggedPointer）来节省内存和提高执行效率。

为了改进上面提到的内存占用和效率问题，苹果提出了TaggedPointer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TaggedPointer对象之后，64位CPU下NSNumber的内存图变成了以下这样：

方案对比：当NSNumber、NSDate、NSString存值很小的情况下

在没有使用TaggedPointer之前：NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值（需要创建OC对象）

使用TaggedPointer之后：NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag+Data，也就是将数据直接存储在了指针中（不需要创建OC对象）

当存值很大，指针不够存储数据时（超过64位），才会使用动态分配内存的方式来存储数据（创建OC对象）

消息调用时，objc_msgS能识别TaggedPointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销（而且这不是真的OC对象，根本就没有isa去找方法）

intmain(intargc,constchar*argv[]){@autoreleasepool{NSNumber*num1=@3;NSNumber*num2=@4;NSNumber*num3=@5;//数值太大，64位不够放，得alloc生成个对象来保存NSNumber*num4=@(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);//小数值的NSNumber对象，并不是alloc出来放在堆中的对象，只是一个单纯的指针，目标值是存放在指针的地址值中NSLog(@"%p%p%p%p",num1,num2,num3,num4);}}//打印日志2020-03-2316:10:30.888204+080004-内存管理-TaggedPointer[6079:225288]0x2027be5cc632c9570x2027be5cc632ce570x2027be5cc632cf570x100512050

说明：猜测是iOS13之后底层多加了一层掩码，以前输出num1,num2,num3地址是0x3270x4270x527，直接可以从地址里面看到NSNumber的值

判定规则：将某个对象和1进行位运算

iOS平台的判定位为最高有效位（第64位）

Mac平台的判定位为最低有效位（第1位）

判定为是【1】就是TaggedPointer，否则这就是分配到堆中的OC对象的内存地址（OC对象在内存中以16对齐，因此有效位肯定是0，16=0x10=0b00010000）。

BOOLisTaggedPointer(idpointer){return(long)(__bridgevoid*)pointer(long)1;//Mac平台是最低有效位（第1位）}intmain(intargc,constchar*argv[]){@autoreleasepool{NSNumber*num3=@5;NSNumber*num4=@(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);NSLog(@"%d%d",isTaggedPointer(num3),isTaggedPointer(num4));}}//打印日志2020-03-2316:10:30.888286+080004-内存管理-TaggedPointer[6079:225288]10

TaggedPointer技术的好处：

存值：直接把值存到指针中，不需要再新建一个OC对象来保存（额外多分配至少16个字节）---省内存

取值：直接从指针中把目标值抽取出来，不需要像OC对象那样，先从类对象的方法列表中查找再调用来获取那么麻烦---性能好、效率高

在arm64位下iOS操作系统，Objective-C对象的isa区域不再只是一个指针，在64位架构下的isa指针是64bit位，实际上33位就能够表示类对象（或元类对象）的地址，为了提供内存的利用率，在剩余的bit位当中添加了内存管理的数据内容

arm64架构之前，isa是一个普通的指针，存储着Class、MetaClass对象的地址

从arm64架构之后，苹果对isa进行了优化，变成了一个公用体

#只看arm64情况下unionisa_t{Classcls;uintptr_tbits;struct{uintptr_tnonpointer:1;\uintptr_thas_assoc:1;\uintptr_thas_cxx_dtor:1;\uintptr_tshiftcls:33;/*MACH_VM_MAX_ADDRESS0x1000000000*/\uintptr_tmagic:6;\uintptr_tweakly_referenced:1;\uintptr_tdeallocating:1;\uintptr_thas_sidetable_rc:1;\uintptr_textra_rc:19};};

nonpointer：0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址。1，代表优化过，使用位域存储更多的信息

has_assoc：是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

has_cxx_dtor：是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快

shiftcls：存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

magic：用于在调试时分辨对象是否未完成初始化

weakly_referenced：是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

deallocating：对象是否正在释放

extra_rc：里面存储的值是引用计数器减1

has_sidetable_rc：引用计数器是否过大无法存储在isa中，如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中。

SideTables()实际是一个哈希表，我们可以通过对象指针，找到所对应的引用计数表或弱引用表位于哪个SideTable表中。也就是有多个sideTable表

思考：为什么不是一个大表，而是多个表

？

回答：如果只有一张表，所有对象的引用计数都放到一张表中，则如果在修改某个对象的引用计数的时候，由于对象可能在不同线程中被操作，则需要对表进行加锁，这样一来，效率就会极地。

是根据关键码值(Keyvalue)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度，赋值和获取都避免了遍历，提高了效率

底层源码结构如下：

structSideTable{spinlock_tslock;//自旋锁RefcountMaprefcnts;//引用计数表weak_table_tweak_table;//弱引用表}

可以看到SideTable是由三部分组成

自旋锁来用来防止操作表结构时可能的竞态条件，适用于轻量访问。比如引用计数的修改

Spinlock_t是“忙等”的锁，对SideTable加锁，避免数据错误

引用计数表也是一个hash表，通过hash函数找到指针对应的引用计数的位置。

弱引用表也是一个hash表，通过hash函数找到对象对应的弱引用数组

structweak_table_t{weak_entry_t*weak_entries;size_tnum_entries;};