OC对象内存大小及分配原理详解

今天我们研究OC对象大小及内存分配的原理.
创建一个Person类,如下:

@interface Person : NSObject
{
@public
    int _no;
    int _age;
    int _height;
}
@end

转换后的底层代码:

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 占8字节
    int _no;//占4字节
    int _age;//占4字节
    int _height;//占4字节
};

可以看到,这个Person结构体所需要的内存是20个字节.下面我们使用sizeof,class_getInstanceSize和malloc_size打印一下看看结果:

2019-02-22 11:26:40.905589+0800 类和对象的本质_01[6402:2582554] sizeof 获取 Person_IMPL 结构体需要 24 个字节
2019-02-22 11:26:40.905797+0800 类和对象的本质_01[6402:2582554] class_getInstanceSize 获取 Person 占用了 24 个字节?
2019-02-22 11:26:40.905824+0800 类和对象的本质_01[6402:2582554] malloc_size  获取 person指针指向的内存占用了 32 个字节?

sizeof传入一个类型返回的是一个类型的大小,从上面底层代码中可以清晰的看到:Person_IMPL结构体只需要20个字节.但是我们通过sizeof获取的结果是24个字节,因为之前我们说过系统给结构体分配内存的原则是最大成员的倍数,而struct Person_IMPL的最大成员内存大小是8,所以分配 8 * 3 = 24 个字节.那为什么malloc_size打印的是32个字节呢?我们从runtime源码看一下.
步骤:

• 1: 打开 runtime 源码,搜索 rootAllocWithZone点击进入该方法
• 2: 点击进入 class_createInstance方法
• 3: 点击进入 _class_createInstanceFromZone方法
• 4: 点击进入 instanceSize方法,这个方法我们已经很熟悉了,之前已经见过:

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

这个方法通过alignedInstanceSize() + extraBytes获取一个 size,而这个extraBytes一开始就通过class_createInstance(cls, 0)传入的就是0,所以 sieze 的大小就是alignedInstanceSize()返回的大小,而class_getInstanceSize内部也是调用alignedInstanceSize()方法:

size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
    if (!cls) return 0;
    return cls->alignedInstanceSize();
}

所以,alloc的底层其实就是:

    size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
        size_t size = class_getInstanceSize() + 0;
        // CF requires all objects be at least 16 bytes.
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
    }

而class_getInstanceSize ()的结果是 24,为什么malloc_size输出的确是 32 呢?原因就在于_class_createInstanceFromZone()内部的calloc(1, size)方法,我们点击进入calloc(1, size)方法:

void    *calloc(size_t __count, size_t __size) __result_use_check __alloc_size(1,2);

到这里已经没法再看细节了,但是我们可以通过libmalloc库源码窥探一下allloc方法内存分配的原理.
从苹果官网下载libmalloc库后打开搜索malloc.c,然后找到calloc方法:

void *
calloc(size_t num_items, size_t size)
{
    void *retval;
        // 内存对齐,24 => 32
    retval = malloc_zone_calloc(default_zone, num_items, size);
    if (retval == NULL) {
        errno = ENOMEM;
    }
    return retval;
}

对比 runtime 源码中调用 calloc(1, size)方法传入的参数,参数 1 表示分配 1块内存,size就是就是上文分析的 24.传入的 24 结果变成了 32是因为在malloc_zone_calloc内部也进行了内存对齐,我们在调用alloc方法时系统内存对齐的规则如下:

#define NANO_MAX_SIZE           256 /* Buckets sized {16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, ...} */

发现都是16的倍数,千万不要搞混淆了,之前说的结构体的对齐规则是结构体内最大成员所占字节的倍数,而alloc是16的倍数.

sizeof,class_getInstanceSize和malloc_size这几个方法特别容易混淆,我们总结一下:

• sizeof是运算符,编译的时候就替换为常数.返回的是一个类型所占内存的大小.
• class_getInstanceSize传入一个类对象,返回一个对象的实例至少需要多少内存,它等价于sizeof.需要导入#import <objc/runtime.h>
• malloc_size返回系统实际分配的内存大小,需要导入#import <malloc/malloc.h>