自2013年苹果推出iphone5s之后，iOS的寻址空间扩大到了64位。我们可以用63位来表示一个数字(一位做符号位)。那么这个数字的范围是2^63 ,很明显我们一般不会用到这么大的数字，那么在我们定义一个数字时NSNumber *num = @100，实际上内存中浪费了很多的内存空间。当然苹果肯定也认识到了这个问题，于是就引入了Tagged pointer，Tagged pointer是一种特殊的“指针”，其特殊在于，其实它存储的并不是地址，而是真实的数据和一些附加的信息。

原有系统的问题

我们先看看原有的对象为什么会浪费内存。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 下是8个字节。所以，一个普通的 iOS程序，如果没有 Tagged Pointer 对象，从32位机器迁移到 64位机器中，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。请添加图片描述我们再来看看效率上的问题，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。

Tagged Pointer介绍

Tagged Pointer

为了改进上面提到的内存占用和效率问题，苹果提出了 Tagged Pointer 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 Tagged Pointer 对象之后，64位 CPU 下 NSNumber 的内存图变成了下面这样：请添加图片描述我们先看下下面这段代码：

objectivec dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); for (int i = 0; i < 1000; i ++) { dispatch_async(queue, ^{ self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijklmn"]; }); } NSLog(@"end"); 运行结果：崩溃（坏内存访问）请添加图片描述原因分析：因为setter方法中，对strong修饰的属性会有一个retain和release的操作。在并发多线程的赋值操作中，都是对_name指针进行的操作，可能在_name刚刚被release后进行赋值操作，这个时候_name指向的内存地址是已经被释放了，所以造成了坏内存访问崩溃。

objectivec - (void)setName:(NSString *)name { [name retain]; [_name relase]; _name = name; } 解决办法： 1. 将并发执行的任务改为串行执行

objectivec dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

将异步执行改为同步执行

objectivec dispatch_sync(queue, ^{ self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijklmn"]; });

将属性改为atomic属性原子性
加锁

objectivec myClass *test = [[myClass alloc] init]; NSLock *lock = [[NSLock alloc] init]; dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT); for (int i = 0; i < 1000; i ++) { dispatch_async(queue, ^{ [lock lock]; test.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijklmn"]; [lock unlock]; }); } NSLog(@"end"); 再看以下代码执行结果是什么，不崩溃了。因为没有用到引用计数的内存管理方法，使用的是Tagged Pointer。

TaggedPointer 结构

苹果为了安全对其做了编码，runtime内部实现了编码、解码方法，我们看一下：编码： ```objectivec static inline void * _Nonnull _objc_encodeTaggedPointer(uintptr_t ptr) { uintptr_t value = (objc_debug_taggedpointer_obfuscator ^ ptr);

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

if ((value & _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK) == _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK)
    return (void *)ptr;
uintptr_t basicTag = (value >> _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT) & _OBJC_TAG_INDEX_MASK;
uintptr_t permutedTag = _objc_basicTagToObfuscatedTag(basicTag);
value &= ~(_OBJC_TAG_INDEX_MASK << _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT);
value |= permutedTag << _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT;

endif

return (void *)value;

} ``` 里面进行了一系列的位运算。我们可以试着打印地址：

objectivec NSNumber *number1 = [NSNumber numberWithInt:1]; NSLog(@"number1 pointer is %p", number1); 输出：

objectivec number1 pointer is 0xbb027d74df7d32ea 可见，这个地址是被编码过的。通过资料的查询，我们可以对其结构有个了解： - Tagged Pointer 标记：x86最后一位是标记位，arm64最高位是标记位。1表示是Tagged Pointer对象，0表示是普通对象。 - Tag：对象类型标记。x86为1~3位，arm64为0~2。7表示有扩展信息。 - Extended：x86为4~11位，arm64为54~62。用来扩展更多类型。 - payload：有效负载。存储真正的数据（除了标记位、tag以及extended），不过为了安全苹果做了编码。

payload 代表有效负载，源码中有这样的注释：请添加图片描述这里可以看出需要经过 decoded_obj 加上一些位运算操作得到，说明是一个加密解密的过程，下面我们来看一下 decode：

```objectivec static inline uintptr_t _objc_decodeTaggedPointer_noPermute(const void * _Nullable ptr) { uintptr_t value = (uintptr_t)ptr;

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

if ((value & _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK) == _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK)
    return value;

endif

return value ^ objc_debug_taggedpointer_obfuscator;

}

static inline uintptr_t _objc_decodeTaggedPointer(const void * _Nullable ptr) { uintptr_t value = _objc_decodeTaggedPointer_noPermute(ptr);

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

uintptr_t basicTag = (value >> _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT) & _OBJC_TAG_INDEX_MASK;

value &= ~(_OBJC_TAG_INDEX_MASK << _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT);
value |= _objc_obfuscatedTagToBasicTag(basicTag) << _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT;

endif

return value;

} `` 它是由两个过程融合的。_objc_decodeTaggedPointer_noPermute()这个函数结束最后返回的value等于value ^ objc_debug_taggedpointer_obfuscator，而objc_debug_taggedpointer_obfuscator代表混淆，在initializeTaggedPointerObfuscator()`里可以看到它的初始化：

```objectivec if (!DisableTaggedPointerObfuscation && dyld_program_sdk_at_least(dyld_fall_2018_os_versions)) { // Pull random data into the variable, then shift away all non-payload bits. arc4random_buf(&objc_debug_taggedpointer_obfuscator, sizeof(objc_debug_taggedpointer_obfuscator)); objc_debug_taggedpointer_obfuscator &= ~_OBJC_TAG_MASK;

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

// The obfuscator doesn't apply to any of the extended tag mask or the no-obfuscation bit.
objc_debug_taggedpointer_obfuscator &= ~(_OBJC_TAG_EXT_MASK | _OBJC_TAG_NO_OBFUSCATION_MASK);

// Shuffle the first seven entries of the tag permutator.
int max = 7;
for (int i = max - 1; i >= 0; i--) {
    int target = arc4random_uniform(i + 1);
    swap(objc_debug_tag60_permutations[i],
         objc_debug_tag60_permutations[target]);
}

endif

} `` 是赋随机值。接下来我们去源码里看看tag`的值和代表的类型：

```objectivec { // 60-bit payloads OBJC_TAG_NSAtom = 0, OBJC_TAG_1 = 1, OBJC_TAG_NSString = 2, OBJC_TAG_NSNumber = 3, OBJC_TAG_NSIndexPath = 4, OBJC_TAG_NSManagedObjectID = 5, OBJC_TAG_NSDate = 6,

// 60-bit reserved
OBJC_TAG_RESERVED_7        = 7,

// 52-bit payloads
OBJC_TAG_Photos_1          = 8,
OBJC_TAG_Photos_2          = 9,
OBJC_TAG_Photos_3          = 10,
OBJC_TAG_Photos_4          = 11,
OBJC_TAG_XPC_1             = 12,
OBJC_TAG_XPC_2             = 13,
OBJC_TAG_XPC_3             = 14,
OBJC_TAG_XPC_4             = 15,
OBJC_TAG_NSColor           = 16,
OBJC_TAG_UIColor           = 17,
OBJC_TAG_CGColor           = 18,
OBJC_TAG_NSIndexSet        = 19,
OBJC_TAG_NSMethodSignature = 20,
OBJC_TAG_UTTypeRecord      = 21,

// When using the split tagged pointer representation
// (OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS), this is the first tag where
// the tag and payload are unobfuscated. All tags from here to
// OBJC_TAG_Last52BitPayload are unobfuscated. The shared cache
// builder is able to construct these as long as the low bit is
// not set (i.e. even-numbered tags).
OBJC_TAG_FirstUnobfuscatedSplitTag = 136, // 128 + 8, first ext tag with high bit set

OBJC_TAG_Constant_CFString = 136,

OBJC_TAG_First60BitPayload = 0,
OBJC_TAG_Last60BitPayload  = 6,
OBJC_TAG_First52BitPayload = 8,
OBJC_TAG_Last52BitPayload  = 263,

OBJC_TAG_RESERVED_264      = 264

}; ``` 接下来，我们使用系统的方法解析一下地址，按照，看一下它们代表的真实含义吧：

```objectivec int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool {

    NSNumber *number0 = [NSNumber numberWithInt:0];
    NSNumber *number1 = [NSNumber numberWithInt:1];
    NSNumber *number2 = [NSNumber numberWithInt:2];
    NSNumber *number3 = [NSNumber numberWithInt:3];
    NSNumber *number4 = [NSNumber numberWithInt:4];
    NSNumber *number50 = [NSNumber numberWithInt:50];

pragma mark number1

    NSLog(@"number1 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", number1, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(number1)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number1)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(number1)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number1))]));

pragma mark number2

    NSLog(@"number2 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", number2, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(number2)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number2)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(number2)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number2))]));

pragma mark number3

    NSLog(@"number3 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", number3, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(number3)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number3)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(number3)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number3))]));

pragma mark number50

    NSLog(@"number50 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", number50, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(number50)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number50)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(number50)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(number50))]));


    NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"a"];
    NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"ab"];
    NSString *str3 = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
    NSString *str4 = [NSString stringWithFormat:@"abcf"];

pragma mark str1

    NSLog(@"str1 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", str1, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(str1)));
    NSLog(@"    %@", binForObjectPointer(str1));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str1)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(str1)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str1))]));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%p", str1]));

pragma mark str2

    NSLog(@"str2 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", str2, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(str2)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str2)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(str2)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str2))]));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%p", str2]));

pragma mark str3

    NSLog(@"str3 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", str3, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(str3)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str3)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(str3)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str3))]));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%p", str3]));

pragma mark str4

    NSLog(@"str4 pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", str4, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(str4)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str4)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(str4)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(str4))]));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%p", str4]));

pragma mark indexPath

    NSIndexPath *indexPath = [[NSIndexPath alloc] initWithIndex:4];
    NSLog(@"indexPath pointer is %p---PointerValue:==0x%lx", indexPath, _objc_getTaggedPointerValue((__bridge void *)(indexPath)));
    NSLog(@"    decode:==0x%lx tag:%hu", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(indexPath)), _objc_getTaggedPointerTag((__bridge void *)(indexPath)));
    NSLog(@"    %@", getBinaryByHex([NSString stringWithFormat:@"%lx", _objc_decodeTaggedPointer((__bridge void *)(indexPath))]));


}
return 0;

} `` 输出： ![请添加图片描述](http://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/114950447dab45129a156b057faaf8e3~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) ![请添加图片描述](http://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/9bfb1138896f4845bc5de9a76cb1320b~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 可以看出，解析出来的tag就对应着它们的类型，看一下解析tag`的方法：

objectivec static inline objc_tag_index_t _objc_getTaggedPointerTag(const void * _Nullable ptr) { // ASSERT(_objc_isTaggedPointer(ptr)); uintptr_t value = _objc_decodeTaggedPointer(ptr); uintptr_t basicTag = (value >> _OBJC_TAG_INDEX_SHIFT) & _OBJC_TAG_INDEX_MASK; uintptr_t extTag = (value >> _OBJC_TAG_EXT_INDEX_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_INDEX_MASK; if (basicTag == _OBJC_TAG_INDEX_MASK) { return (objc_tag_index_t)(extTag + OBJC_TAG_First52BitPayload); } else { return (objc_tag_index_t)basicTag; } } 解析出来的pointerValue就代表着他们的值：NSNumber类后一位前的十六进制代表它们的真实值；NSString最后一位代表字符串长度，后面每两位代表ASCII码值。当8字节可以承载用于表示的数值时，系统就会以 Tagged Pointer 的方式生成指针，如果8字节承载不了时，则又用以前的方式来生成普通的指针。

特点

我们也可以看到苹果对于Tagged Pointer 特点的介绍： 1. Tagged Pointer 专门用来存储小的对象，例如 NSNumber 和 NSDate。 2. Tagged Pointer 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”的普通变量而己。所以，它的内存并不存储在堆中，也不需要 malloc 和free。 3. 在内存读取上有着以前3倍的效率，创建时比以前快 106倍

因此，苹果引入 Tagged Pointer，不但减少了 64位机器下程序的内存占用，还提高了运行效率，完美地解决了小内存对象在存储和访问效率上的问题。

注意事项

isa指针

Tagged Pointer 的引入也带来了问题，即 Tagged Pointer 并不是真正的对象，而是一个伪对象，所以你如果完全把它当成对象来使用，可能会让它“露马脚”。在上一章中我们写道，所有对象都有isa 指针，而 Tagged Pointer 其实是没有的，因为它不是真正的对象。

64位下的isa指针优化

对于 64位设备，苹果除了引人 Tagged Pointer 来优化小的对象外，对于普通的对象，其isa指针也进行了优化和调整。在32 位环境下，对象的引用计数都保存在一个外部的表中，每一个对象的 Retain 操作，实际上包括如下 5个步骤：

获得全局的记录引用计数的hash 表。
为了线程安全，给该hash 表加锁。
查找到目标对象的引用计数值。
将该引用计数值加1，写回hash 表。
给该hash 表解锁。

从上面的步骤我们可以看出，为了保证线程安全，对引用计数的增减操作都要先锁定这个表，这从性能上看是非常差的。而在 64 位环境下，isa 指针也是64 位，实际作为指针部分只用到的其中33位，剩余的 31位苹果使用了类似 Tagged Pointer 的概念，其中 19 位将保存对象的引1用计数，这样对引用计数的操作只需要修改这个指针即可。只有当引用计数超出19位，才会将引用计数保存到外部表，而这种情况是很少的，所以这样引用计数的更改效率会更高。与前面的5个步骤对应，在64位环境下，新的 Retain 操作包括如下 5个步骤： 1. 检查 isa 指针上面的标记位，看引1用计数是否保存在 isa变量中，如果不是，则使用以前的步骤，否则执行第2步 2. 检查当前对象是否正在释放，如果是，则不做任何事情。 3. 增加该对象的引用计数，但是并不马上写回到isa 变量中。 4. 检杳增加后的引用计数的值是否能够被 19 位表示，如果不是，则切换成以前的办法，否则执行第5步。 5. 进行一个原子的写操作，将isa 的值写回。

虽然步骤都是 5步，但是由于没有了全局的加锁操作，所以引用计数的更改更快了。

[iOS开发]Tagged Pointer对象

原有系统的问题

Tagged Pointer介绍

Tagged Pointer

TaggedPointer 结构

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

endif

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

endif

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

endif

if OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS

endif

pragma mark number1

pragma mark number2

pragma mark number3

pragma mark number50

pragma mark str1

pragma mark str2

pragma mark str3

pragma mark str4

pragma mark indexPath

特点

注意事项

isa指针

64位下的isa指针优化