0x00序

本著加深對Objective-C 物件模型的理解和記憶目的，於是有了下文的簡單實踐操作。

0x01 疑問

在以下程式碼中，你能描述清楚以下問題嗎?

1. TestClass的例項物件tcA和tcB的記憶體結構是怎麼樣的
2. TestClass的例項物件的大小

@interface TestClass : NSObject
{
    @public
    int myInt;
    NSString *name;
}
@property (nonatomic, assign) NSInteger age; ///< 年齡
@end

@implementation TestClass
 

@end


int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    //建立例項tcA
    TestClass *tcA = [[TestClass alloc] init];
    tcA->myInt = 100;
    tcA.age = 7;
    tcA->name = @"a";

    //建立例項tcB
    TestClass *tcB = [[TestClass alloc] init];;
    tcB->myInt = 101;
    tcB.age = 5;
    tcB->name = @"A"
 
;
}

有什麼辦法可以直觀看到例項物件tcA 或tcB的記憶體結構嗎？

0x02 直觀瞭解例項物件記憶體結構

通過NSData的+ (instancetype)dataWithBytes:(nullable const void *)bytes length:(NSUInteger)length;方法，可以我們直觀看到物件的記憶體結構！

那麼，修改main函式如下：

int main(int argc, char * argv[]) {

  //建立例項tcA
  TestClass *tcA = [[TestClass alloc] init];
  tcA->myInt = 100
 
;
  tcA.age = 7;
  tcA->name = @"libai";

  //建立例項tcB
  TestClass *tcB = [[TestClass alloc] init];;
  tcB->myInt = 101;
  tcB.age = 5;
  tcB->name = @"gongben";

  //新增程式碼，將物件轉換為位元組流Data
  long tcSize = class_getInstanceSize([TestClass class]);
  NSData *tcAData = [NSData dataWithBytes:(__bridge const void *)tcA length:tcSize];
  NSData *tcBData = [NSData dataWithBytes:(__bridge const void *)tcB length:tcSize];


  NSLog(@"TestClass object tcA contans %@", tcAData);
  NSLog(@"TestClass object tcB contans %@", tcBData);
  NSLog(@"tcSize size= %zu", tcSize);
  NSLog(@"TestCalss memory address = %p", [TestClass class]);

}

輸出日誌如下：

2018-05-10 14:54:27.068685+0800 TestApp[79148:1558980] TestClass object tcA contans <58f25f05 01000000 64000000 00000000 f8e15f05 01000000 07000000 00000000>
2018-05-10 14:54:27.069407+0800 TestApp[79148:1558980] TestClass object tcB contans <58f25f05 01000000 65000000 00000000 18e25f05 01000000 05000000 00000000>
2018-05-10 14:54:27.069653+0800 TestApp[79148:1558980] tcSize size= 32
2018-05-10 14:54:27.069795+0800 TestApp[79148:1558980] TestCalss memory address = 0x1055ff258

0x03 位元組流分析

那麼下面這兩位元組流分別怎麼理解？

 TestClass object tcA contans <58f25f05 01000000 64000000 00000000 f8e15f05 01000000 07000000 00000000>
 TestClass object tcB contans <58f25f05 01000000 65000000 00000000 18e25f05 01000000 05000000 00000000>

首先我們知道TestClass 繼承於NSObject， 而NSObject的結構如下，它只有一個成員或者叫例項變數

@interface NSObject <NSObject> {
  Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

那麼結合TestClass被本身也具備的個例項變數：myInt、name、age ,那麼我們可以猜測TestClass的例項物件的記憶體結構如下：

1. 第一個8位元組58f25f05 01000000

   根據Little Endian 序（注2）規則”低地址存放低位，高地址存放高位“，那麼該位元組還原成十六進位制值是00000001055ff258即0x1055ff258。與上述第4條日誌列印的TestCalss的地址相等。

2. 第二個8位元組64000000 00000000

   同上，那麼該位元組還原成十六進位制值是000000 0000000064,十進位制為100。與tcA->myInt的值相等

3. 第三個8位元組f8e15f05 01000000

   同上，那麼該位元組還原成十六進位制值是000000010055fe1f8,在gbd除錯環境下，通過輸出該地址的值，與tcA->name的值相等

   (lldb) po (NSString *)0x0000000100537218
   libai
   (lldb)

4. 第四個8位元組07000000 00000000

   同上，那麼該位元組還原成十六進位制值是000000 0000000007,十進位制為7。與tcA.age的值相等

由此可見，例項物件的記憶體結構正如上圖那樣分佈！

0x04 例項物件大小

從第三條日誌得到，tcA或者tcB的記憶體大小都是32位元組：

2018-05-10 14:54:27.069653+0800 TestApp[79148:1558980] tcSize size= 32

通過計算各個成員變數的值，得到的結果是28位元組：

sizeof(tcA->myInt) + sizeof(tcA->name) + sizeof(tcA.age) + sizeof(tcA->isa) = 4 + 8 + 8 + 8 = 28

也就是說，sizeof（物件）的大小，並不一定等於各個資料成員的大小之和！這涉及到”記憶體位元組對齊”

struct x_ {
    char a;     // 1 byte
    int b;      // 4 bytes
    short c;    // 2 bytes
    char d;     // 1 byte
} MyStruct1;

struct y_ {
    int b;      // 4 bytes
    char a;     // 1 byte
    char d;     // 1 byte
    short c;    // 2 bytes
} MyStruct2;

NSLog(@"%lu,%lu", sizeof(MyStruct1), sizeof(MyStruct2));

上述程式碼打印出來的結果為：12,8

注

1. 如何確定指標大小

   int numb = 12;
   int *p = &numb;
   NSLog(@"指標p大小:%zu bytes", sizeof(p));//指標p大小:8 bytes
   

2. 如何確定位元組序

   什麼是大端與小端(Little Endian 與 Big Endian)

   

   • Big Endian 是指低地址端 存放 高位位元組。
   • Little Endian 是指低地址端 存放 低位位元組。

   那麼，直接使用程式碼通過輸出直接來驗證是大端還是小端

   int a = 0x12345678;
   if( *((char*)&a) == 0x12)
     printf("Big Endian");
   else
     printf("Little Endian");

   輸出

   Little Endian