面试题：一个NSObject对象占用多少内存？
作为一个iOS开发人员来说，iOS底层原理是必须要掌握的知识。虽然iOS底层原理更多的是在面试中被问到，但是在实际工作中，掌握iOS底层原理更有助于我们提高编写代码的质量、速度以及更方便的解决bug。
想要弄清楚iOS底层原理的本质，首先要清楚以下两点
1、OC对象在内存中是怎么布局的？
2、OC对象中包含了哪些内容？
一、NSObject对象在内存中的布局
我们平时编写的Objective-C代码，底层都是C/C++语言来支持的。
iOS代码运行流程如下：
接下来通过创建OC项目，并将OC相应文件转化为C++文件来探寻OC对象的本质。
#import "ViewController.h"
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSObject *isa_obj= [[NSObject alloc] init];
}
@end
将OC的ViewController.m文件转化为c++文件，可以通过以下两种命令行来执行。
第一种方式是不指定架构来转化为C++。
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
其中cpp代表C++（c plus plus）
第二种方式是指定架构模式（现在iOS是arm64架构） 来转化为C++。
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ViewController.m -o ViewController-arm64.cpp
在ViewController-arm64.cpp文件中全局搜索NSObjcet_IMPL，可以找到NSObject的实现代码
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
点击Class，我们发现，Class是一个指向结构体的指针，如下：
typedef struct objc_class *Class;
从上面可以看出，NSObject对象的底层是基于C++的数据类型实现。这个数据类型是结构体类型。
我们打印下NSObject内存，来看下NSObject对象在内存中的占用大小
#import "ViewController.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSObject *isa_obj= [[NSObject alloc] init];
//获得NSObject类的实例对象的成员变量所占用的大小
NSLog(@"%zd",class_getInstanceSize([NSObject class]));
//获得isa_objl指针所指向内存的大小
NSLog(@"%zd",malloc_size((__bridge const void *)isa_obj));
}
输出结果
2018-10-10 15:42:53.776715+0800 NSObject本质-01[5132:224858] 8
2018-10-10 15:42:53.776875+0800 NSObject本质-01[5132:224858] 16
根据打印结果，NSObject对象的指针占用了8个字节，但是NSObject对象确占用了16个字节。其实class_getInstanceSize返回的是成员变量的大小，上例中这个成员变量只是isa指针。malloc_size返回的才是NSObject对象的在内存中的大小。
回到开头的面试题
面试题：一个NSObject对象占用多少内存？
NSObject的面向对象是以C/C++的数据类型实现的，这种数据类型是结构体。在NSObject头文件中，Class是一个指向结构体的指针。在64位环境下，指针占用8个字节。但实际上系统给NSObject对象分配了16个字节。但是NSObject对象内部占用了8个字节。
在NSObject的初始化中，系统为NSObject对象分配16个字节的内存空间，其中8个字节用来存放一个成员isa指针。那么isa指针这个变量的地址就是结构体的地址，也就是NSObjcet对象的地址。
假设isa的地址为0x100400110，那么系统分配存储空间给NSObject对象，然后将存储空间的地址赋值给objc指针。objc存储的就是isa的地址。objc指向内存中NSObject对象地址，即指向内存中的结构体，也就是isa的位置。
我们通过自定义的类来说明内部布局
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Student : NSObject
{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *student = [[Student alloc] init];
student -> _no = 1;
student -> _age = 18;
}
return 0;
}
按照以上c++生成步骤生成文件，并查找Student，C++文件中如下：
struct Student_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _no;
int _age;
};
通过搜索NSObject_IMPL，我们查找到NSObject_IMPL实现方式
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
所以Student_IMPL的结构体就相当于
struct Student_IMPL {
Class *isa;
int _no;
int _age;
};
因此，此结构体占用多少存储空间，Student对象就占用多少存储空间。结构体占用的存储空间为：
isa指针（8个字节）+int _no（4个字节）+int _age（4个字节）= 16个字节
我们用另外一种方式验证Student内存分布
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
struct Student_IMPL {
Class isa;
int _no;
int _age;
};
@interface Student : NSObject
{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu->_no = 1;
stu->_age = 18;
struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
NSLog(@"_no = %d, _age = %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age);
}
return 0;
}
首先给Student的成员变量_no,_age赋值。用结构体指针stuImpl访问Student的成员变量，输出成员变量值。这说明，stu这个指针指向的就是Student_IMPL的结构体。
当存在继承关系的时候，对象在内存中是如何分布的呢？我们来看一个例子
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
@interface Person : NSObject
{
int _no;
}
@end
@implementation Person
@end
@interface Student : Person
{
int _age;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
}
return 0;
}
上面代码中Person对象，Student对象分别占用多少内存空间？
通过将OC文件转化为C++文件，我们查找Student_IMPL，发现Student对象在内存中的分布
struct Student_IMPL {
struct Person_IMPL Person_IVARS;
int _age;
};
Person对象在内存中的分布如下
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _no;
};
在看上面的面试题，不难回答，Student对象和Person对象都是占用16个字节的内存。虽然Person对象占用了16个字节的内存空间，但是Person的地址指针和成员变量只占用了12个字节，空出来4个字节的内存。这4个字节，就被Student的成员变量占据。
二、OC对象中包含的内容
Objective_C中的对象，简称OC对象，主要可以分为3种对象
1、instance对象（实例对象）
2、class对象（类对象）
3、meta-class对象（元类对象）
1、instance对象（实例对象）
instance对象是通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的实例对象。
instance对象在内存中存储的信息包括成员以下内容：
isa指针；
成员变量值。
- 注意instance对象
不存储方法。 - isa指针也是一种成员变量值。
2、class对象（类对象）
每个类在内存中有且只有一个class对象
class对象在内存中存储：
isa指针;
superclass指针;
类的属性信息（@property）;
类的对象方法信息（instance method）;
类的协议信息（protocol）;
类的成员变量信息（ivar）。
3、meta-class对象（元类对象）
每个类中有且只有一个meta-class对象
meta-class对象在内存中存储：
isa指针;
superclass指针;
类方法信息。
- 获取类对象、元类对象的方法
a) Class objc_getClass(const char *aClassName)
1>传入类名的字符串
2>返回对应的类对象
b) Class object_getClass(id obj)
1> 传入的obj可能是instance、class对象、meta-class对象
2>返回值
如果传入的obj是instance对象，返回class对象
如果传入的obj是class对象，返回meta-class对象
如果传入的obj是meta-class对象，返回NSObject（基类）的meta-class对象
c) 判断是否为元类对象
class_isMetaClass(Class cls)
isa指针的指向
- instance的isa指向class
当调用对象方法时，通过instance对象的isa指针找到class，最后找到对象方法的实现进行调用。 - class的isa指针指向meta-class
当调用类方法时，通过class的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。
class对象的superclass指针
- 当Student的instance对象要调用Person的对象方法时，会先通过isa找到Student的superclass，然后通过superclass找到Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用
meta-class对象的superclass指针
- 当Student的class要调用Person的类方法时，会先通过isa找到Student的meta-class，然后通过superclass找到person的meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。
isa、superclass的总结
- instance的isa指向class
- class的isa指向meta-class
- meta-class的isa指向基类的meta-class
- class的superclass指向父类的class
如果没有父类，superclass的指针为nil - meta-class的superclass指向父类的meta-class
基类的meta-class的superclass指向基类的class - instance调用对象方法的轨迹
isa找到class，方法不存在，就通过superclass找父类 - class调用类方法的轨迹
isa找meta-class，方法不存在，就通过superclass找父类
isa地址值的计算
64bit之前，instance的isa存的值为class的地址值。从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址。
如果平台是arm64，isa & ISA_MASK 的值是class的isa
如果平台是x86，isa & ISA_MASK的值是class的isa
