窥探iOS底层实现--OC对象的本质(一)

窥探iOS底层实现--OC对象的本质(一) - 掘金

窥探iOS底层实现--OC对象的本质(二) - 掘金

窥探iOS底层实现--OC对象的分类：instance、class、meta-calss对象的isa和superclass - 掘金

...

问题： 一个NSObject对象占用多少个内存?

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        /// obj对象占用了多少内存？
    }
}
return 0;

Objective-c的本质：

平时我们编写的Objective-c的代码，底层的实现其实都是C/C++的代码。


OC_层次结构图.png

所以Objective-c 的面向对象都是基于C/C++的数据结构实现的。

思考问题： Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的什么数据结构实现的？

///> Student类
@interface Student: NSObject{
 @public
    int _no;
    int _age;
}
@end
@implementation Student

@end

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        /// obj对象占用了多少内存？
    }
}
return 0;

如果Objective-c的对象转成C/C++的代码实际上最重转成了C
/C++的机构体。

那么我们怎么把OC的代码转换成C/C++的代码呢？

  1. 终端进入到程序的目录下：


    OC_终端目录.png

  1. 输入命令行

    xcrun  -sdk  iphoneos  clang  -arch  arm64  -rewrite-objc  OC源文件  -o  输出的CPP文件
eg:
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp

  2. 然后机会生成一个main-arm64.cpp的文件 这里面就是我们的C/C++的实现。

  3. 如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit

  4. 在生成main-arm64.cpp 内搜索 NSObject_IMPL

    • NSObject_IMPL: NSObject Implementation
    • NSObject在内存中其实就是
///> NSObject_IMPL
struct NSObject_IMPL {
    Class isa; /// isa
};

NSObject的底层实现结构图

OC_NSObject_底层实现结构图.png

上图实际上NSObject对象中存在一个isa指针，isa指针在64位系统中占用8个字节，在32位的系统中占用4个字节，目前用的是64位系统，所以在我们NSObject中isa指针会占用8个字节。CLass isa的内部实现为结构体。

  /// class 其实就是一个指针  指向一个结构体的指针
  typedef struct objc_class *Class 
  

///   创建并分配存储空间
NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];

假设我们NSObject对象分配了一块存储空间，假设之后8个字节，在这8个字节中我们只放了isa指针，假设我们的isa的地址为0x100400110，这个isa的地址就是结构体的地址。所以说obj的地址就是0x100400110。

NSObject占用的内存

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        ///> 获得NSObject类的实例对象的大小
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
        ///> 获取obj指针指向内存的大小
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));        
        
        
        /**输出结果
        8    
        16   
        */ 
    }
    return 0;
}

  • 首先我们用的Runtime的 class_getInstanceSize()方法去查看 NSObject类的实例对象的大小

    • 传入 类 class
    • 注意： Instance 实例，返回一个类的实例大小占用了内存空间的大小为8

  • 然后我们用malloc_size的方法去查看obj指针指向内存的大小 为16；

    • 传入obj的指针（会有错误提示 然后写上桥接就好了(__bridge const void *) ）

malloc_size 为什么是16接下来我们可以去查看源码去解决问题：
源码地址：Source Browser:OBJective-c源码
找到objc4，下载版本号最大的就是最新的源码去查看

OC_源码_objc4.png

alloc本质调用的是allocWithZone。 在源码中搜索allocWithZone

OC_malloc_size_01.png

在底层代码中间我们找到allocWithZone的底层方法。发现obj是由class_cerateInstance(cls,0)创建出来的。

OC_malloc_size_02.png

然后我们在进入_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil);

OC_malloc_size_03.png

进入后会看到calloc(1,size)的alloc的实现代码，传入了一个size，size是instanceSize(extraBytes)得到的，我们再次进入

OC_malloc_size_04.png

规定对象的字节至少是16个字节，
当我们的分配的size值小于16是 会把size设置为16
我们size传进来的就是alignedInstanceSize() 就是我们传进来的实例变量的大小 为8 所以当小于16的时候底层代码中返回的就是16 ， 所以分配的内存大小至少是16。

  • 一个NSObject对象占用多少内存？
    • 系统分配了16个字节给NSObject对象（通过malloc_size函数获得）
    • 但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间（64bit环境下，可以通过class_getInstanceSize函数获得

自定义NSObject 占用的内存

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> Student类
@interface Student: NSObject{
    @public
    int _no;
    int _age;
}

///> 实际底层的结构体 结构
//struct Student_IMPL{
//    Class isa,
//    int _no,
//    int _age;
//}
@end

@implementation Student
@end

///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        Student *stu = [[Student alloc]init];
        stu->_no = 4;
        stu->_age = 5;
        NSLog(@"no:%d, age:%d",stu->_no, stu->_age);
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));        
        
        /**输出结果
        no:4, age:5
        16
        16
        */ 
    }
    return 0;
}
  • 当我们自定义一个NSObject的时候实际底层会有三个成员变量，isa指针占用8个字节，_no占用4个字节 _age真用4个字节，所以我们最后的结果为16，16

思考： 如果我的Student有三个成员变量 那么会占用对少个字节？ （class_getInstanceSize([Student class]) 的输出是多少？ malloc_size((__bridge const void *)stu的输出是多少？ ）

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> Student类
@interface Student: NSObject{
    @public
    int _no;
    int _age;
    int _gender;
}

///> 实际底层的结构体 结构
//struct Student_IMPL{
//    Class isa,
//    int _no,
//    int _age;
//    int _gender;

//}
@end

@implementation Student
@end

///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        Student *stu = [[Student alloc]init];
        stu->_no = 4;
        stu->_age = 5;
        stu->_gender = 0;
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));        
        
        /**输出结果
        24
        32
        */ 
    }
    return 0;
}
  • 最重的输出结果为：
    • class_getInstanceSize： 24
    • malloc_size： 32

isa:占用8个字节，_no:占用4个字节，_age:占用4个字节， _gender:占用4个字节, 不应该是一共占用了20个自己吗？为什么是24个呢？

为什么会是24和32呢？？？？

接下来我们就要对内存对齐的知识点作为一个了解 将在下一篇文章中讲解

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