NSMutableArray 的实现原理

 

一、普通C语言的数组实现：

是开辟一段连续的内存空间，缺点：在插入下标为0的元素，会移动其他所有元素。添加，插入，删除同理。

 

 

 

 

 

 

当数组非常大时，这样很快会成为问题。

 

 

二、OC的NSMutableArray实现原理：

 

1、NSMutableArray 是一个类族，【【NSMutableArray new】 class】 打印出来的是 __NSArrayM。

2、通过class-dump逆向查看__NSArrayM里面的比较重要的成员变量：

      _used   : 计数

      _list      : 缓冲区指针

     _size     : 缓冲区大小

     _offset  : 缓冲区中的数组的第一个元素的索引

 

 

3、过程 原理，OC数组比C语言里的数组用了稍微复杂一点的环形缓冲区

环形缓冲区的特点是：在大多数情况下，除非缓冲区满了，否则不需要频繁分配内存。

并且NSMutableArray做到了如果我们在中间进行插入或者删除，只会移动最少的一边的元素。

来看一下 增、删、改、查。

查询：

以 -（void）objectAtIndex：（NSIteger）index； 为例子

 

答：

-（void）objectAtIndex：（NSIteger）index
       {
         NSIteger originalOffset = _offset  + index;
         NSIteger reallOffset = originalOffset - ( _size > originalOffset ? 0 : size );
 
         Return  _list[ reallOffset ];
        }

 

分析：分两种情况，需比较 _size 与  _offset  + index的大小

A: 当 _size >=   _offset  + index 时：

 

 

B:当 _size <   _offset  + index 时：

 

 

 

三、证实过程：

增加：

由于逆向不出源码，我们用内存地址来证实这个原理

插入元素代码：

 

输出：

 

 

删除：

 

 

在没有插入55对象是的array打印结构：

 

 

插入 str5时，打印array对象：

 

 

 

 

补充：

x/100xb arr的意思是: 读取100个字节，并以16进制显示

• 第一个x是memory read的简写（通过help x可以看出来）
• 第二个x代表16进制
• b代表字节

 

 

四、数组扩容

 

1、初始化给定容量时，系统会开辟对应的容量，在给定容量特别大时，会crash。

 

  总结：

当输入值小于等于128且为偶数的情况下：

 

初始化最终容量 =  输入的容量的值

初始化最终容量 =  输入的容量的值 + 1

 

当输入值大于128且为偶数的情况下：

初始化最终容量 = 比输入的容量的值 小且最接近的 2的幂 + 64的倍数

 

例子：

129 - >  128 + 64 = 192 

193 ->   128 + 2* 62 = 256

257 ->  256 + 64 = 320

321  ->  256 + 2* 64 = 384

959 -> 512 + 7* 64 = 960

 

如果有兴趣，大家根据现象可以推倒一下程序是怎么写的 ，但并不重要

 

用new的方式初始化，没加入元素的时候，是还没有分配内存。

 

 

2、系统扩容：简单记忆：在现有容量 * 1.625（大概）

 

 

 

3、扩容后删除元素，数组地址有缩容

A、删除所有元素

用removeLastObject，所有元素都删除，数组的内存地址还存在，容量为2

用removeAllObjects，所有元素都删除，数组被销毁

 

 

 

 

B、逐个删除元素

 

 

当有9个元素的时候：缩小规律是：10，4，2

当有100个元素的时候：缩小规律是：110，42，16，6，2

当有1205个元素的时候：缩小规律是：1600,640,256,98,38,14,6,2

 

总结：动态数组在删除元素的时候，会对用缩小容量。规则：d = 数组当前容量 / k ( k 为2.5 到 2.7中间的数，大家有兴趣可以自己逆向试试找一下这个数组)； 当数组的元素数量 小于等于 d时，会在内存开辟一个大小为d的线性内存，把数组赋值到新地址中，达到节省内存的目的。

这块有个设计的注意点：扩容和缩容的比例不一样，可以避免临界值的性能问题。不会到达某个值添加一个扩容，删除一个缩小。

 

注：这块内容网上结识的比较少，是我自己总结，可以大家再一起讨论。