Tagged Pointer：深入探究 iOS 中小对象的存储优化
2023-11-09 19:11:28
iOS中Tagged Pointer技术：优化小对象存储的创新技术
在移动应用程序开发中，性能和内存效率至关重要。iOS操作系统不断引入新技术来提升这些方面的性能，其中Tagged Pointer技术就是其中一项。
Tagged Pointer之前的小对象存储方式
在引入Tagged Pointer技术之前，像NSNumber、NSString和NSDate等小对象采用动态内存分配的方式进行存储。这些对象被分配到独立的内存块中，其中包含对象数据和指向其他对象的引用。这种方式虽然简单直接，但对于小对象来说却存在两个主要问题：
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内存开销大： 每个小对象都需要分配一个独立的内存块，即使它们的数据量很小。这会导致内存的浪费。
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引用计数管理开销大： 动态分配和释放内存以及更新引用计数器会带来额外的开销，影响性能。
Tagged Pointer技术
Tagged Pointer技术通过使用一种称为"Tagged Pointer"的特殊指针结构来优化小对象存储。Tagged Pointer指针由两部分组成：
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标记位： 该位表示对象的大小。对于小对象，标记位为1；对于大对象，标记位为0。
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值： 该部分存储对象的数据，或者指向大对象数据所在内存块的地址。
当存储一个小对象时，Tagged Pointer指针中的标记位被设置为1，值部分直接存储对象的数据。这样可以避免动态内存分配的开销，因为小对象的数据可以直接存储在Tagged Pointer指针中。
例如： 对于一个整数对象，它的Tagged Pointer指针如下所示：
| 1 | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
其中，第一个位为标记位，设置为1，表示该对象为小对象；其余位存储着整数数据。
对于大对象，Tagged Pointer指针中的标记位被设置为0，值部分存储指向大对象数据所在内存块的地址：
| 0 | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
Tagged Pointer的优势
Tagged Pointer技术相较于之前的存储方式具有以下优势：
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降低内存开销： 对于小对象，直接存储在Tagged Pointer指针中，无需再分配独立的内存块，减少内存占用。
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减少引用计数管理开销： Tagged Pointer指针本身不需要引用计数管理，因为小对象直接存储在Tagged Pointer中。
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提高性能： 减少内存分配和引用计数管理的开销，可以提升整体性能。
Tagged Pointer的局限性
Tagged Pointer技术也有其局限性：
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对象大小限制： Tagged Pointer技术只适用于小对象。对于超过一定大小的对象，仍然需要采用动态内存分配的方式进行存储。
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不能存储复杂数据结构： Tagged Pointer技术无法直接存储复杂的数据结构，如数组或字典。对于需要存储复杂数据结构的对象，仍然需要采用动态内存分配的方式进行存储。
Tagged Pointer的使用场景
Tagged Pointer技术主要用于存储小对象，如整数、布尔值和字符等基本数据类型。它在Core Foundation框架中被广泛使用，以优化小对象的存储和管理。
代码示例
// 创建一个NSNumber对象
NSNumber *number = @(123);
// 获取指向number对象的Tagged Pointer
uintptr_t taggedPointer = (uintptr_t)number;
// 检查标记位
BOOL isSmallObject = (taggedPointer & 1) == 1;
if (isSmallObject) {
// 获取小对象的数据
int32_t value = taggedPointer >> 1;
NSLog(@"小对象的值：%d", value);
} else {
// 获取指向大对象数据的指针
void *dataPtr = (void *)(taggedPointer & ~1);
// 访问大对象的数据
// ...
}
常见问题解答
1. Tagged Pointer技术是否对所有对象都有效？
否，Tagged Pointer技术只适用于小对象，对于大对象或复杂数据结构，仍然需要采用动态内存分配的方式进行存储。
2. Tagged Pointer技术与ARC兼容吗？
是，Tagged Pointer技术与ARC兼容，在ARC模式下仍然可以正常使用。
3. Tagged Pointer技术是否会增加代码的复杂性？
一般不会，对于大多数应用程序来说，Tagged Pointer技术是透明的，不需要额外的编码工作。
4. Tagged Pointer技术是否适用于所有平台？
否，Tagged Pointer技术是iOS平台的特定优化，不适用于其他平台，如macOS或Android。
5. 如何查看对象是否存储在Tagged Pointer中？
可以使用bitwise AND运算来检查对象指针的标记位。如果标记位为1，则对象存储在Tagged Pointer中。
