OC对象的本质

OC的底层实现

OC代码底层实现都是由OC编译成C/C++,然后再编译成汇编语言最后转变成机器语言。所以由此可见,OC面向对象都是基于C/C++的数据结构实现的。

OC对象是基于C/C++的什么数据结构实现的?

NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];

也就是说当我们创建一个新的NSObject对象的时候,在底层C语言或者C++这一层,objc这个对象是以一种什么数据类型存在的?
Xcode创建一个新项目,在macOS下->Command Line Tool
在Main.m中创建一个NSObject对象:

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        
        
        NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
        
        
    }
    return 0;
}

生成了一个NSObject的实力对象objc,然后在利用Go2Shell打开重点,输入:

xcrun  -sdk  iphoneos  clang  -arch  arm64  -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp

回车之后我们会得到由OC语言转化为C++语言的一个文件,main.cpp(main.c plus plus)


截屏2020-02-28下午8.32.59.png

打开这个文件,搜索NSObject,可以找到有个NSObject_IMPL,这个就是NSObject的实现

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

由此可知,main.m里这个objc对象在C++底层中是以struct的形式存在的,其实对于任何一个类的实例,因为所有类都是继承NSObject其在底层实现都是以结构体形式存在的,实际上结构体这种数据类型来实现类是比较合适的方式。

继承类的实现

如果有一个类Student继承于NSObject类,那么他在底层中是如何实现的呢?
同样按照NSObjct分析方式,创建Student类之后再讲main.m转换为main.cpp之后可以看到Student的实现方式:

struct Student_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age;
    int _no;
};

在这里,还声明了两个实例变量,_no和_age,可以看到Student在底层中的实现也是结构体形式,但是其里面除了_no和_age两个实例变量以外还有个struct NSObject——IMPL NSObject_IVARS类型,其实这个类型就是指的Student父类NSObject,他在子类实现中是以成员变量形式存在的。

一个NSObject对象占用多少内存?

基于以上分析,下面来讨论一个NSObject对象占用多少内存,看这个问题之前先看下基本知识:

截屏2020-02-28下午8.51.57.png

现在基本都是64位机器,以64位机器为例,在OC中int占4个字节,NSInteger占8个字节。
除此之外OC中还有两个函数:

class_getInstanceSize(<#Class  _Nullable __unsafe_unretained cls#>);
malloc_size(<#const void *ptr#>)

这两个函数一个是在runtime下的一个是malloc下的,getInstanceSize函数是获取实例的大小,malloc_size函数作用是创建一个实例对象实际分配多少内存,两个函数还是有区别的:

        NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
        NSLog(@"创建NSObject实例所需要的内存空间为:%zd",class_getInstanceSize([NSObject class]));
        NSLog(@"创建NSObject实例所实际占用的内存空间为:%zd",malloc_size((__bridge const void *)objc));

输出结果是不一样的,一个是8个字节,一个是16个字节

2020-02-28 21:02:47.621864+0800 OC本质[74589:1018891] 创建NSObject实例所需要的内存空间为:8
2020-02-28 21:02:47.622331+0800 OC本质[74589:1018891] 创建NSObject实例实际占用的内存空间为:16

再来打印一下Student类通过两个函数所占用空间:

@interface Student : NSObject
{
    int _age;
    int _no;
    double _height;
}

NSLog(@"创建NSObject实例所需要的内存空间为:%zd",class_getInstanceSize([Student class]));
NSLog(@"创建NSObject实例所实际占用的内存空间为:%zd",malloc_size((__bridge const void *)student));

2020-02-28 21:28:50.623604+0800 OC本质[75502:1041829] 创建NSObject实例所需要的内存空间为:24
2020-02-28 21:28:50.623998+0800 OC本质[75502:1041829] 创建NSObject实例所实际占用的内存空间为:32

通过打印结果可以看到,Student有三个成员变量,一个打印结果是24字节,一个是32字节,那么这两个区别到底在哪里呢?
查看runtime源码可以得出结论,class_getInstanceSize其实际是指的对象申请开辟的空间,即我有多少实例,占用多少字节那就申请多少字节空间,上面例子中,Student有三个实例变量
_age int类型 4个字节
_no int类型 4个字节
_height double类型 8个字节
所以加起来是16个字节,除此之外还有父类NSObject在底层也是在Student成员变量里面的又是8个字节,所以加起来实际需要24个字节,那么就申请24个字节。
那malloc_size中的32字节是怎么来的呢?
malloc_size指的是系统实际开辟的字节,明明只申请24字节,却开辟32字节,是因为OC中有内存对齐规则的,简单说就是申请的字节空间就是由我所有的成员变量加起来所需要的空间,但是系统真正开辟的空间是比申请空间大的数的对16的最小公倍数,比如实际需要24字节,但是24不是16的整数倍,那么大于24字节又是16整数倍的就是32了,所以系统开辟了32字节。

内存对齐规则

1.结构体内成员按自身按自身长度自对齐。
自身长度,如char=1,short=2,int=4,double=8,。所谓自对齐,指的是该成员的起始位置的内存地址必须是它自身长度的整数倍。如int只能以0,4,8这类的地址开始
2.结构体的总大小为结构体的有效对齐值的整数倍

OC中分配内存总结
对象内存的申请按照8字节对齐,不满16字节按照16字节计算;但是实际上calloc实际开辟内存的时候,则是进行了16字节对齐.
关于内存对齐详细解释参考:
https://www.jianshu.com/p/a57a152232f2

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