内存管理（二）之别小看了Tagged-Pointer关键时刻起到大作用

小蚂蚁

本文主要研究Tagged Pointer技术，针对该技术需要解决的问题、以及在实际应用中的价值做一些简单的探讨。
如果你想要更进一步，去挖掘Tagged Pointer是如何实现的，可以参考Friday Q&A 2012-07-27: Let's Build Tagged Pointers和objc源码。
另外，本文中涉及到的示例代码，请在真机iOS设备上测试，因为Tagged Pointer技术针对不同的平台，具体实现细节是有差异的，否则无法得出和本文一致的测试结果。
一、对象的内存
下面我们针对iOS中对象进行一些探究，代码如下，其完整代码见TaggedPointer。

__weak NSNumber *weakNumber;
  __weak NSString *weakString;
  __weak NSDate *weakDate;
  __weak NSObject *weakObj;
  int num = 123;
  
  @autoreleasepool {
    weakObj = [[NSObject alloc] init];
    weakNumber = [NSNumber numberWithInt:num];
    weakString = [NSString stringWithFormat:@"string%d", num];
    weakDate   = [NSDate dateWithTimeIntervalSince1970:0];
  }
  NSLog(@"weakObj is %@", weakObj);
  NSLog(@"weakNumber is %@", weakNumber);
  NSLog(@"weakString is %@", weakString);
  NSLog(@"weakDate is %@", weakDate);

在第7行，首先定义了4个__weak***对象，构建了一个autoreleasepool，所以在12行之后，所有__weak修饰的弱引用对象，都会被释放。经过上面分析，我们得出，对象会打印出null。
但是，实际上，我们得到了如下的输出。
TaggedPointer[3570:3928309] weakObj is (null)
TaggedPointer[3570:3928309] weakNumber is 123
TaggedPointer[3570:3928309] weakString is string123
TaggedPointer[3570:3928309] weakDate is Thu Jan  1 08:00:00 1970
可以看到，只有NSObject对应的对象值是null，其他的值，均正常打印。
这是因为NSNumber、NSString、NSDate，在这里采用了Tagged Pointer技术。
二、Tagged Pointer
2.1 Tagged Pointer技术
2.1.1 简介

2.2.2 未引入Tagged Pointer

2.2.3 引入Tagged Pointer

2.2.4 判断是否是Tagged Pointer

2.2 应用
2.2.1 支持的对象类型
可以从objc源码中找出支持Tagged Pointer 的对象类型，如下：

typedef uint16_t objc_tag_index_t;
enum
{
  OBJC_TAG_NSString      = 2, 
  OBJC_TAG_NSNumber      = 3, 
  OBJC_TAG_NSIndexPath     = 4, 
  OBJC_TAG_NSDate      = 6, 
  ....
};

即针对NSString、NSNumber、NSDate、NSIndexPath这些类型，都支持Tagged Pointer技术。
2.2.2 NSNumber
我们通过NSNumber以及NSString对象来观察Tag+Data的存储形式。
示例代码参见：TaggedPointer
如下所示，我们创建了很多NSNumber对象：

NSNumber *number1 = @1;              //0xb000000000000012
  NSNumber *number2 = @2;              //0xb000000000000022
  NSNumber *number3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFF);    //0x1c0022560
  NSNumber *number4 = @(1.2);            //0x1c0024b80
  int num4 = 5;
  NSNumber *number5 = @(num4);           //0xb000000000000052
  long num5 = 6;
  NSNumber *number6 = @(num5);           //0xb000000000000063
  float num6 = 7;
  NSNumber *number7 = @(num6);           //0xb000000000000074
  double num7 = 8;
  NSNumber *number8 = @(num7);           //0xb000000000000085
  
  //值：0xb000000000000012 0xb000000000000022 0x1c0022560 0x1c0024b80 0xb000000000000052 0xb000000000000063 0xb000000000000074 0xb000000000000085
  NSLog(@"%p %p %p %p %p %p %p %p", number1, number2, number3, number4, number5, number6, number7, number8);

由上表我们得出：

• 很大的数字，超过Tagged Pointer表示上限的时候，将会转为对象存储，存放在堆上；
  

• 如果是含有小数点的浮点数，将会直接以对象方式存储；
  

• 其余类型的数字，包括不含小数部分的浮点型和整型都会以Tagged Pointer存储。
  

并且，针对以上部分，我们整理出Tagged Pointer的存储格式如下，以number1为例：

2.2.3 NSString
同上面NSNumber的处理逻辑，NSString处理的类似。

NSString *str1 = @"a";                      //0x1049cc248
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"a"];        //0xa000000000000611
NSString *str3 = [NSString stringWithFormat:@"bccd"];       //0xa000000646363624
NSString *str4 = [NSString stringWithFormat:@"c"];        //0xa000000000000631
NSString *str5 = [NSString stringWithFormat:@"cdasjkfsdljfiwejdsjdlajfl"];//0x1c02418f0
NSLog(@"%@ %@ %@ %@ %@",
    [str1 class],   //__NSCFConstantString
    [str2 class],   //NSTaggedPointerString
    [str3 class],   //NSTaggedPointerString
    [str4 class],   //NSTaggedPointerString
    [str5 class]);  // __NSCFString

根据以上结果，我们将NSString分类三类：

• 常量类型：__NSCFConstantString，定义的字符串常量。
  

• Tagged Pointer类型：NSTaggedPointerString，通过对象方法创建的短字符串。
  

• NSString对象类型：__NSCFString，包括NSString、NSMutableString等创建的字符串对象。
  

以上，整理如下：

NSString以Tagged Pointer的存储格式如下：

2.3 内存管理

三、一个面试问题的研究
该面试题如下：

参考
链接
1Friday Q&A 2012-07-27: Let's Build Tagged Pointers
2Tagged Pointer wiki
3NSString retain count -1
4objc源码
示例代码
1TaggedPointer
青山不改，绿水常流！谢谢大家支持。