iOS面试题-一个NSObject对象占用多少个字节?

一个NSObject对象占用多少个字节?

• 在Objective-C中,我们可以通过一些方法来获取一个NSObject对象占用多少字节

• 代码获取NSObject实例对象的成员变量字节大小

  • 获取一个NSObject实例对象的成员变量所占用的字节大小,可以用runtime的api, class_getInstanceSize来获取,得到8

  /** 
   * Returns the size of instances of a class.
   * 
   * @param cls A class object.
   * 
   * @return The size in bytes of instances of the class \e cls, or \c 0 if \e cls is \c Nil.
   */
  OBJC_EXPORT size_t
  class_getInstanceSize(Class _Nullable cls) 
      OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
  

  • 也可以通过malloc库里的api,malloc_size来获取,得到16

  extern size_t malloc_size(const void *ptr);
  /* Returns size of given ptr */
  

• 下面是实战代码

#import 
#import 
#import 

// NSObject Implementation
struct NSObject_IMPL {
    Class isa; // 8个字节
};
// 指针
// typedef struct objc_class *Class;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
        // 16个字节
        
        // 获得NSObject实例对象的成员变量所占用的大小 >> 8
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
        
        // 获得obj指针所指向内存的大小 >> 16
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));
        
        // 什么平台的代码
        // 不同平台支持的代码肯定是不一样
        // Windows、mac、iOS
        // 模拟器(i386)、32bit(armv7)、64bit（arm64）
        // 可以通过 命令行工具,生成C++文件
        // xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
        // 然后把编译成功的cpp文件,拖入到工程中,注意 Copy items if needed 不勾选
        // 然后Build Phases中删除main-arm64.cpp编译选项(选中文件点减号或按delete键)
        // 这样文件不参与编译就不会报错了
    }
    return 0;
}

• 通过生成的编译代码,我们知道了NSObject对象本质上是C++的结构体,结构大概长这样

// NSObject Implementation
struct NSObject_IMPL {
    Class isa; // 8个字节
};

通过objc源码实现一探究竟

• 现在苹果的一些底层库的核心实现源码已经开放,我们可以去官网下载

  • 地址https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/
  • 选择版本号最新的下载查看

• 查看源码发现,一旦发现if size < 16 size = 16,小于16会直接设置为16

inline size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
        if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
            return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
        }

        size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
        // CF requires all objects be at least 16 bytes.
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
    }

• CoreFoundation框架里的硬性规定,内存对齐,小于16就会设置为16

用Xcode打断点看内存结构

• 打上断点

image.png

• 在Xcode菜单栏选中Debug -> Debug Workflow -> View Memory

image.png

• 看到的内存结构如下图所示

image.png

• 也可以用常用的LLDB指令查看

image.png

• 看到的打印如下图所示

image.png

总结

• 一个NSObject对象占用多少字节

回答

1. 系统分配了16个字节给NSObject对象(通过malloc_size函数获得)
2. 但是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函数来获取),其实就是isa

扩展到有继承结构的对象

• Student继承自NSObject
• 代码结构如下

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 = 4;
        stu->_age = 5;
        
        // 16
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        // 16
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));
        
        struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
        // no is 4, age is 5
        NSLog(@"no is %d, age is %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age);
    }
    return 0;
}

• 大概的内存结构图

image.png

扩展到有多重继承的结构

• 如下图继承结构

@interface Person: NSObject
{
    int _age;
}
@end

@implementation Person

@end

@interface Student : Person
{
    int _no;
}
@end

@implementation Student

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *person = [[Person alloc] init];
        // 16
        NSLog(@"person --- %zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        // 16
        NSLog(@"person --- %zd", malloc_size((__bridge const void *)person));
        
        Student *stu = [[Student alloc] init];
        // 16
        NSLog(@"stu --- %zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        // 16
        NSLog(@"stu --- %zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));
    }
    return 0;
}

• 结构如下

image.png

• 一个Person对象,一个Student对象占用多少内存空间?
• 答案是,都是16
• 大概的内存结构图

image.png

• 有内存对齐的原因,结构体的大小必须是最大成员大小(16)的倍数

Objective-C不同数据类型占用字节大小

• 可以通过sizeof来获取不同数据类型占用字节大小
• sizeof其实不是一个函数,仅仅只是一个操作运算符罢了,编译时就确定了的

类型	32位机器	64位机器
BOOL	1	1
bool	1	1
int	4	4
short	2	2
long	4	8
long long	8	8
NSInteger	4	8
float	4	4
double	8	8
CGFloat	4	8
char	1	1
指针地址	4	8