窺探iOS底層實現–OC物件的本質(一) - 掘金

窺探iOS底層實現–OC物件的本質(二) - 掘金

窺探iOS底層實現–OC物件的分類：instance、class、meta-calss物件的isa和superclass - 掘金

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問題： 一個NSObject物件佔用多少個記憶體?

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        /// obj物件佔用了多少記憶體？
    }
}
return 0;

 

Objective-c的本質：

平時我們編寫的Objective-c的程式碼，底層的實現其實都是C/C++的程式碼。

所以Objective-c 的面向物件都是基於C/C++的資料結構實現的。

思考問題： Objective-C的物件、類主要是基於C\C++的什麼資料結構實現的？

///> Student類
@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物件佔用了多少記憶體？
    }
}
return 0;
 

如果Objective-c的物件轉成C/C++的程式碼實際上最重轉成了C
/C++的機構體。

那麼我們怎麼把OC的程式碼轉換成C/C++的程式碼呢？

1. 終端進入到程式的目錄下：
   

2. 輸入命令列

   xcrun  -sdk  iphoneos  clang  -arch  arm64  -rewrite-objc  OC原始檔  -o  輸出的CPP檔案
   eg:
   xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 
   

3. 然後機會生成一個main-arm64.cpp的檔案 這裡面就是我們的C/C++的實現。

4. 如果需要連結其他框架，使用-framework引數。比如-framework UIKit

5. 在生成main-arm64.cpp 內搜尋 NSObject_IMPL

   • NSObject_IMPL: NSObject Implementation
   • NSObject在記憶體中其實就是

///> NSObject_IMPL
struct NSObject_IMPL {
    Class isa; /// isa
};

NSObject的底層實現結構圖

上圖實際上NSObject物件中存在一個isa指標，isa指標在64位系統中佔用8個位元組，在32位的系統中佔用4個位元組，目前用的是64位系統，所以在我們NSObject中isa指標會佔用8個位元組。CLass isa的內部實現為結構體。

  /// class 其實就是一個指標  指向一個結構體的指標
  typedef struct objc_class *Class 
  

///   建立並分配儲存空間
NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];

假設我們NSObject物件分配了一塊儲存空間，假設之後8個位元組，在這8個位元組中我們只放了isa指標，假設我們的isa的地址為0x100400110，這個isa的地址就是結構體的地址。所以說obj的地址就是0x100400110。

NSObject佔用的記憶體

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        ///> 獲得NSObject類的例項物件的大小
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
        ///> 獲取obj指標指向記憶體的大小
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));        
        
        
        /**輸出結果
        8    
        16   
        */ 
    }
    return 0;
}

• 首先我們用的Runtime的 class_getInstanceSize()方法去檢視 NSObject類的例項物件的大小

  • 傳入 類 class
  • 注意： Instance 例項，返回一個類的例項大小佔用了記憶體空間的大小為8

• 然後我們用malloc_size的方法去檢視obj指標指向記憶體的大小 為16；

  • 傳入obj的指標（會有錯誤提示 然後寫上橋接就好了(__bridge const void *) ）

malloc_size 為什麼是16接下來我們可以去檢視原始碼去解決問題：
原始碼地址：Source Browser:OBJective-c原始碼
找到objc4，下載版本號最大的就是最新的原始碼去檢視

alloc本質呼叫的是allocWithZone。 在原始碼中搜索allocWithZone

在底層程式碼中間我們找到allocWithZone的底層方法。發現obj是由class_cerateInstance(cls,0)創建出來的。

然後我們在進入_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil);

進入後會看到calloc(1,size)的alloc的實現程式碼，傳入了一個size，size是instanceSize(extraBytes)得到的，我們再次進入

規定物件的位元組至少是16個位元組，
當我們的分配的size值小於16是 會把size設定為16
我們size傳進來的就是alignedInstanceSize() 就是我們傳進來的例項變數的大小 為8 所以當小於16的時候底層程式碼中返回的就是16 ， 所以分配的記憶體大小至少是16。

• 一個NSObject物件佔用多少記憶體？
  • 系統分配了16個位元組給NSObject物件（通過malloc_size函式獲得）
  • 但NSObject物件內部只使用了8個位元組的空間（64bit環境下，可以通過class_getInstanceSize函式獲得

自定義NSObject 佔用的記憶體

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

///> 實際底層的結構體 結構
//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));        
        
        /**輸出結果
        no:4, age:5
        16
        16
        */ 
    }
    return 0;
}

• 當我們自定義一個NSObject的時候實際底層會有三個成員變數，isa指標佔用8個位元組，_no佔用4個位元組 _age真用4個位元組，所以我們最後的結果為 16，16

思考： 如果我的Student有三個成員變數 那麼會佔用對少個位元組？

class_getInstanceSize([Student class]) 的輸出是多少？

malloc_size((__bridge const void *)stu的輸出是多少？

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

///> 實際底層的結構體 結構
//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));        
        
        /**輸出結果
        24
        32
        */ 
    }
    return 0;
}

• 最重的輸出結果為：
  • class_getInstanceSize： 24
  • malloc_size： 32

isa:佔用8個位元組，_no:佔用4個位元組，_age:佔用4個位元組， _gender:佔用4個位元組, 不應該是一共佔用了20個自己嗎？為什麼是24個呢？

為什麼會是24和32呢？？？？
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