《编写高质量代码：改善Objective-C程序的61个建议》——建议10：在64位环境下尽可能利用标记指针

本节书摘来自华章出版社《编写高质量代码：改善objective-c程序的61个建议》一 书中的第2章，作者：刘一道，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

在mac os x 10.6（雪豹）中开始支持64位，如今最新版本iphone 5s也开始采用arm64架构。在64位化的过程中，其中一个比较关键的改进就是，mac os 10.7（美洲虎）和ios 7的64位环境先后引入了标记（tagged）指针。

下面就简单地来介绍一下标记（tagged）指针。在介绍标记（tagged）指针之前有必要介绍一下指针地址对齐概念和64位环境的一些变化。

指针地址对齐

在32位环境下，要读取一个32位整数，如果这个32位整数在内存地址为0x00000002-0x00000006（仅作举例，这个地址一般是被系统保留的）的内存上，读取这个整数会消耗2个cpu周期，而如果这个数在0x00000004～0x00000008的内存上只需要一个cpu周期。为了加快内存的cpu访问，程序都使用了指针地址对齐概念。指针地址对齐就是指在分配堆中的内存时往往采用偶数倍或以2为指数倍的内存地址作为地址边界。几乎所有系统架构，包括mac os和ios，都使用了地址对齐概念。

运行这段代码后，得到了如下结果：

可以看到，a和b指针的最后4位都是0，虽然a只占用31个字节，但是a和b的地址却相差16个字节。因为ios中是以16个字节为内存分配边界的，或者说ios的指针地址对齐是以16个字节为对齐边界的。进一步说，ios中分配的内存地址最后4位永远都是0。

64位地址

iphone 5s中采用了arm64的cpu，同时也支持了64位的app。64位app中指针大小也扩大到64位，就是理论上可以支持最大264字节（达千万t字节）的内存地址空间。而对于大多数应用来说，这么大的地址空间完全是浪费的。也就是说，64位环境下，内存地址的前面很多位一般都是0。

标记（tagged）指针

由于指针地址对齐概念和64位超大地址的出现，指针地址仅仅作为内存的地址是比较浪费的，故此，可以在指针地址中保存或附加更多的信息。这就引入了标记（tagged）指针概念。标记（tagged）指针是指那些指针中包含特殊属性或信息的指针。其中指针对齐概念可以来标识一个指针是否是标记（tagged）指针及相关类型，64位的地址指针又可以提供保存额外信息的足够空间。如今，ios 7的64位环境和mac os 10.7（lion）中开始引入了标记（tagged）指针。

标记（tagged）指针对nsnumber的优化

标记（tagged）指针一个比较典型的应用就是nsnumber。在64位环境下，对于一般的数字，nsnumber不用再分配内存了。现在，看看nsnumber是如何运用标记（tagged）指针的：

在64位模拟器中运行后，得到了如下结果：

可以看出number3、number4和number9的值前4位都是0xb，后4位都是0x2（指针的tag），中间就是实际的取值。因此，这些nsnumber已经不需要再分配内存（指堆中内存）了，直接可以把实际的值保存到指针中，而无须再去访问堆中的数据。这无疑提高了内存访问速度和整体运算速度。

也就是说，标记（tagged）指针本身就可以表示一个nsnumber了，在64位环境下运行这段代码：

会输出如下结果：

那么，如果一个数超过了标记（tagged）指针所能表示的范围，系统会怎么处理？看看这段代码：

可以看出numberbig指针最后4位都是0，应该是分配在堆中的对象。因此，如果nsnumber超出了标记（tagged）指针所能表示的范围，系统会自动采用分配成对象，可以根据指针的最后4位是否为0来区分。

标记（tagged）指针对isa指针优化

查看nsobject类的头文件，你会发现这段定义：

所有类都继承自nsobject，因此每个对象都有一个isa指针指向它所属的类。在32位和64位的环境下， isa指针会产生不同的变化。

在32位环境下，对象的引用计数都保存在一个外部的表中，而对引用计数的增减操作都要先锁定这个表，操作完成后才解锁。这个效率是非常慢的。

而在64位环境下，isa也是64位，实际作为指针部分只用到其中的33位，剩余的部分会运用到标记（tagged）指针的概念。其中19位将保存对象的引用计数，这样对引用计数的操作只需要原子的修改这个指针即可。如果引用计数超出19位，才会将引用计数保存到外部表，而这种情况往往是很少的，因此效率将会大大提高。

　要点

（1）利用标记（tagged）指针，可以在指针地址中保存或附加更多的信息。

（2）利用标记（tagged）指针处理nsnumber，直接可以把实际的值保存到指针中，而无须再去访问堆中的数据，可提高内存访问速度和整体运算速度。

（3）在32位和64位的环境下，isa指针会产生不同的变化。在64位环境下，标记（tagged）指针可加快isa指针的处理效率。