OC对象的内存分配以及对结构体内存分配的延伸

Objective-C的对象主要分为三类:
1.实例对象 (就是通过 alloc init 出来的对象)
2.类对象(如 NSObject,NSString)
3.元类对象(描述一个类对象,可理解为类对象是元类对象的实例)

我们都知道OC是C的超类,Clang编译器会将我们的OC代码转化为C/C++ 代码,假设你学过gcc,应该知道 gcc -o ,gcc -S 等,用Clang编译OC 的代码命令如下:

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC 文件 -o 输出的CPP文件

假设有一个这样的代码

@interface NSObject { 
    Class isa;
}

@interface RealYoung : NSObject {
    int _no;
    int _height;
    int _age;
}

编译得到的 C++ 文件可看到

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
}

struct RealYoung_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _no;
    int _height;
    int _age;
}

可见这是结构体,C语言是大量使用结构体的,可知,我们的类最后都是转化为结构体,同时IMPL指向了父类的isa,isa在内存中分配8个字节,int为4个字节,由此可知NSObject的结构体内存为8字节,RealYoung的结构体内存为20字节,然而在用以下两个方法获取内存的时候发现并不是20:

//结构体大小
NSLog(@"%zd", sizeof(struct NSObject_IMPL)); //8
NSLog(@"%zd", sizeof(struct RealYoung_IMPL)); //24
//类对象大小
NSLog(@"%zd",  class_getInstanceSize([NSObject class]);//8
NSLog(@"%zd",  class_getInstanceSize([RealYoung class]);//24

打印结果均为24,这是由于 内存对齐 结果造成的
接下来再看类对象和实例对象分配的内存

NSObject *o = [[NSObject alloc] init];
RealYoung *p = [[RealYoung alloc] init];
NSLog(@"%zd %zd",
              malloc_size((__bridge const void *)(o))); // 16
              malloc_size((__bridge const void *)(p))); // 32

此处用到的是 mallco_size (存在于 <malloc/malloc.h> 中)函数,作用是获取一个实例对象实际所分配的内存大小,前面所用的 class_getInstanceSize (存在于 <objc/runtime.h> 中)指的是创建一个对象,至少需要分配多少内存,也是类对象所需内存大小。

malloc函数打印得出的结果分别是 16 与 32 ,并不是前面我们所想的 8 和 24,说明实例对象分配的内存又与其类对象不太一样。

借助第三方资料和苹果的源码:

instanceSize 函数分配内存小于16则size赋值为16
内存分配的时候为 16 32 48 .... 递增
allocWithZone 底层 calloc 函数内存分配转换.jpeg

至此真相大白,苹果官方定义的实例对象分配内存便是如此。
最后对OC对象的总结如下:
1.实例对象:存储了 isa 指针以及其成员变量,在内存中可能会有n份
2.类对象:isa 指针(指向其元类),superclass指针,类的属性信息(@property),类的对象方法信息(OC中表现为 - 开头的方法),类的协议信息,类的成员变量的信息(如成员变量的命名),内存中只有一份
3.元类对象:isa 指针,superclass指针,类的类方法信息(OC中表现为 + 开头的方法),其内存结构与类对象类似,内存中只有一份


然而前两天与友人克雷森与我扯到结构体的内存分配,顺便想起刚好学习到内存对齐,俩人展开一番激烈的讨论,友人克雷森问我:

struct A {
    char _a;
    char _b;
}

这样的结构体占用多少内存,我当时想都没想就说是8,不知道为什么惯性思维导致我猜想就是8,结果克雷森用了gdb调试了半天告诉我结果是2,于是乎又找了一番资料得出结构体内存对齐方式是有一定规则的:

1.结构体变量的起始地址能够被其最宽的成员大小整除
2.结构体每个成员相对于起始地址的偏移能够被其自身大小整除,如果不能则在前一个成员后面补充字节
3.结构体总体大小能够被最宽的成员的大小整除,如不能则在后面补充字节

另外还有速成公式: (表示 orz)
公式1: 前面的地址必须是后面的地址正数倍,不是就补齐
公式2: 整个Struct的地址必须是最大字节的整数倍

最后还有一点:每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”。可以通过预编译命令#pragma pack(n)
以上引用自知乎问题 如何理解 struct 的内存对齐?

但是我通过这个预编译指令结果打印出来还是2....
由于OC对象中isa是在结构体起始位置,且指针内存大小为8导致一开始误以为是结构体大小是以8作为对齐,最后的结论就是克雷森的答案是对的,这也告诉我们遇到问题还是要多动手啊!
文章中如有错误的地方也欢迎读者给予纠正,同时也感谢我的友人克雷森!
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