Objective-C的本质
- Objc的底层实现是C\C++代码：objc->C\C++->汇编->机器语言
- Objc的对象，类主要是基于C\C++中的结构体实现
- 将Objc代码转换为C\C++代码
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
一个OC对象在内存中如何布局的？
NSObject对象的底层实现
- OC代码
@interface NSObject{ Class isa; } - 对应的C++代码
struct NSObject_IMPL { Class isa; // 8个字节 }; - 通过runtime和malloc_size函数获取对应的内存大小,发现
class_getInstanceSize获取到NSObject的实例成员变量所占用的内存为8字节，malloc_size获取到objc指针指向内存大小为16个字节，意思就是说，编译器分配16个字节，实际用到8个字节
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
// 编译器分配了16个字节，实际用到8个字节
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));
- 通过objc源码也能证明这一点，
[[NSObject alloc] init];最终会调用allocWithZone:(struct _NSZone *)zone，落脚到size_t instanceSize(size_t extraBytes),这个方法会保证实例的最小内存为16个字节，objc源码的调用流程如下:
+ (id)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
return _objc_rootAllocWithZone(self, (malloc_zone_t *)zone);
}
id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone)
{
id obj;
#if __OBJC2__
// allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
(void)zone;
obj = class_createInstance(cls, 0);
#else
if (!zone) {
obj = class_createInstance(cls, 0);
}
else {
obj = class_createInstanceFromZone(cls, 0, zone);
}
#endif
if (slowpath(!obj)) obj = callBadAllocHandler(cls);
return obj;
}
id class_createInstance(Class cls, size_t extraBytes)
{
return _class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil);
}
id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)
{
if (!cls) return nil;
assert(cls->isRealized());
// Read class's info bits all at once for performance
bool hasCxxCtor = cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
// 获取到实例的大小
size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (!zone && fast) {
obj = (id)calloc(1, size);
if (!obj) return nil;
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
}
else {
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc ((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
if (!obj) return nil;
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
}
if (cxxConstruct && hasCxxCtor) {
obj = _objc_constructOrFree(obj, cls);
}
return obj;
}
size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
// 保证最小大小为16个字节
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
继承NSObject的类的对象内存布局
- OC代码
@interface Student : NSObject
{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
- 对应的C++代码
struct Student_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _no;
int _age;
};
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
- 等价于
struct Student_IMPL {
Class isa;
int _no;
int _age;
};
- Student的内存大小分别由isa，_no， _age组成， isa指针占用8个字节，两个int类型的数据，共占用8个字节，所以一个Student对象占用16个字节，编译分配了16个字节，并且Student对象刚好用完
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));
- 从Xcode中ViewMemory也可以看出
image.png
-
可视化的内存布局如下
image.png -
同理，具体继承关系内存布局如下
- OC代码
@interface Person : NSObject
{
@public
int _age;
}
@end
@interface Student : Person
{
@public
int _no;
}
@end
@interface Graduate : Student
{
@public
int grade;
}
@end
@implementation Graduate
@end
- 对应的C++代码
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 8
int _age; // 4
};
struct Student_IMPL {
struct Person_IMPL Person_IVARS;
int _no;
};
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu->_age = 2;
stu->_no = 3;
NSLog(@"stu - %zd", class_getInstanceSize([Student class])); // 16
NSLog(@"stu - %zd", malloc_size((__bridge const void *)stu)); // 16
Graduate *grade = [[Graduate alloc] init];
grade->_age = 7;
grade->_no = 8;
grade->grade = 9;
NSLog(@"grade - %zd", class_getInstanceSize([Graduate class])); // 24
NSLog(@"grade - %zd", malloc_size((__bridge const void *)grade)); // 32
- 64位系统下， 综上可以看出，编译给Person分配了16个字节，实际用到12个字节，还有4个字节没有使用， Student对象继承Person对象,Student对象实际会继续使用Person对象内存中没有使用的4个字节，所以Student对象的内存大小是16个字节，Grade继承Student类，实际占用的内存大小为20个字节，由于内存对齐原因，以8个字节内存对齐，所以会使用24个字节，编译器分配了32个字节
- 内存对齐：结构体的大小必须是最大成员大小的倍数
Student内存数据.png
Student内存布局.png
Grade内存数据.png
总结
- 说白了就是多了一个isa指针，isa的大小由编译器，系统决定，内存分配编译器按照内存对齐进行大小分配，分配的内存，不一定会完全用完
-
class_getInstanceSize获取实例对象至少占用的内存 -
malloc_size获取编译器给实例对象对象分配的内存的大小 - 在
libmalloc源码中定义了#define NANO_MAX_SIZE 256 /* Buckets sized {16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, ...}表示在iOS系统中每次最少分配16个字节，或者每次分配的字节数是16的倍数，每次最多分配256字节