iOS底层原理总结--OC对象的本质(一)

...

问题: 一个NSObject对象占用多少个内存?

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        /// obj对象占用了多少内存?
    }
}
return 0;

复制代码

Objective-c的本质:

平时我们编写的Objective-c的代码,底层的实现其实都是C/C++的代码。

所以Objective-c 的面向对象都是基于C/C++的数据结构实现的。

思考问题: Objective-C的对象、类主要是基于CC++的什么数据结构实现的?

///> Student类
@interface Student: NSObject{
 @public
    int _no;
    int _age;
}
@end
@implementation Student

@end

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        /// obj对象占用了多少内存?
    }
}
return 0;
复制代码

如果Objective-c的对象转成C/C++的代码实际上最重转成了C /C++的机构体。

那么我们怎么把OC的代码转换成C/C++的代码呢?

  1. 终端进入到程序的目录下:
  2. 输入命令行 xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件 eg: xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 复制代码
  3. 然后机会生成一个main-arm64.cpp的文件 这里面就是我们的C/C++的实现。
  4. 如果需要链接其他框架,使用-framework参数。比如-framework UIKit
  5. 在生成main-arm64.cpp 内搜索 NSObject_IMPL NSObject_IMPL: NSObject Implementation NSObject在内存中其实就是
///> NSObject_IMPL
struct NSObject_IMPL {
    Class isa; /// isa
};
复制代码

NSObject的底层实现结构图

上图实际上NSObject对象中存在一个isa指针,isa指针在64位系统中占用8个字节,在32位的系统中占用4个字节,目前用的是64位系统,所以在我们NSObject中isa指针会占用8个字节。CLass isa的内部实现为结构体。

/// class 其实就是一个指针  指向一个结构体的指针
  typedef struct objc_class *Class 
  
复制代码
///   创建并分配存储空间
NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
复制代码

假设我们NSObject对象分配了一块存储空间,假设之后8个字节,在这8个字节中我们只放了isa指针,假设我们的isa的地址为0x100400110,这个isa的地址就是结构体的地址。所以说obj的地址就是0x100400110。

NSObject占用的内存

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        ///> 获得NSObject类的实例对象的大小
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
        ///> 获取obj指针指向内存的大小
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));        
        
        
        /**输出结果
        8    
        16   
        */ 
    }
    return 0;
}
复制代码
    首先我们用的Runtime的 class_getInstanceSize()方法去查看 NSObject类的实例对象的大小 传入 类 class 注意: Instance 实例,返回一个类的实例大小占用了内存空间的大小为8 然后我们用malloc_size的方法去查看obj指针指向内存的大小 为16; 传入obj的指针(会有错误提示 然后写上桥接就好了(__bridge const void *) )
alloc本质调用的是allocWithZone。 在源码中搜索allocWithZone
在底层代码中间我们找到allocWithZone的底层方法。发现obj是由class_cerateInstance(cls,0)创建出来的。
然后我们在进入_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil);
进入后会看到calloc(1,size)的alloc的实现代码,传入了一个size,size是instanceSize(extraBytes)得到的,我们再次进入
规定对象的字节至少是16个字节, 当我们的分配的size值小于16是 会把size设置为16 我们size传进来的就是alignedInstanceSize() 就是我们传进来的实例变量的大小 为8 所以当小于16的时候底层代码中返回的就是16 , 所以分配的内存大小至少是16。
    一个NSObject对象占用多少内存? 系统分配了16个字节给NSObject对象(通过malloc_size函数获得) 但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函数获得

自定义NSObject 占用的内存

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> Student类
@interface Student: NSObject{
    @public
    int _no;
    int _age;
}

///> 实际底层的结构体 结构
//struct Student_IMPL{
           
    
//    Class isa,
//    int _no,
//    int _age;
//}
@end

@implementation Student
@end

///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        Student *stu = [[Student alloc]init];
        stu->_no = 4;
        stu->_age = 5;
        NSLog(@"no:%d, age:%d",stu->_no, stu->_age);
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));        
        
        /**输出结果
        no:4, age:5
        16
        16
        */ 
    }
    return 0;
}
复制代码
    当我们自定义一个NSObject的时候实际底层会有三个成员变量,isa指针占用8个字节,_no占用4个字节 _age真用4个字节,所以我们最后的结果为 16,16

思考: 如果我的Student有三个成员变量 那么会占用对少个字节?

class_getInstanceSize([Student class]) 的输出是多少?

malloc_size((__bridge const void *)stu的输出是多少?

#import <malloc/malloc.h>
#import <OBJC/runtime.h>
///> Student类
@interface Student: NSObject{
    @public
    int _no;
    int _age;
    int _gender;
}

///> 实际底层的结构体 结构
//struct Student_IMPL{
           
    
//    Class isa,
//    int _no,
//    int _age;
//    int _gender;

//}
@end

@implementation Student
@end

///> main
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
        Student *stu = [[Student alloc]init];
        stu->_no = 4;
        stu->_age = 5;
        stu->_gender = 0;
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));        
        
        /**输出结果
        24
        32
        */ 
    }
    return 0;
}
复制代码
    最重的输出结果为: class_getInstanceSize: 24 malloc_size: 32

isa:占用8个字节,_no:占用4个字节,_age:占用4个字节, _gender:占用4个字节, 不应该是一共占用了20个自己吗?为什么是24个呢?

为什么会是24和32呢????


    文章总结自MJ老师底层视频。
... 问题: 一个NSObject对象占用多少个内存? int main(int argc, char * argv[]) { @autoreleasepool { NSObject *obj = [[NSObject alloc]init]; /// obj对象占用了多少内存? } } return 0; 复制代码 Objective-c的本质: 平时我们编写的Objective-c的代码,底层的实现其实都是C/C++的代码。 所以Objective-c 的面向对象都是基于C/C++的数据结构实现的。 思考问题: Objective-C的对象、类主要是基于CC++的什么数据结构实现的? ///> Student类 @interface Student: NSObject{ @public int _no; int _age; } @end @implementation Student @end int main(int argc, char * argv[]) { @autoreleasepool { NSObject *obj = [[NSObject alloc]init]; /// obj对象占用了多少内存? } } return 0; 复制代码 如果Objective-c的对象转成C/C++的代码实际上最重转成了C /C++的机构体。 那么我们怎么把OC的代码转换成C/C++的代码呢? 终端进入到程序的目录下: 输入命令行 xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件 eg: xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 复制代码 然后机会生成一个main-arm64.cpp的文件 这里面就是我们的C/C++的实现。 如果需要链接其他框架,使用-framework参数。比如-framework UIKit 在生成main-arm64.cpp 内搜索 NSObject_IMPL NSObject_IMPL: NSObject Implementation NSObject在内存中其实就是 ///> NSObject_IMPL struct NSObject_IMPL { Class isa; /// isa }; 复制代码 NSObject的底层实现结构图 上图实际上NSObject对象中存在一个isa指针,isa指针在64位系统中占用8个字节,在32位的系统中占用4个字节,目前用的是64位系统,所以在我们NSObject中isa指针会占用8个字节。CLass isa的内部实现为结构体。 /// class 其实就是一个指针 指向一个结构体的指针 typedef struct objc_class *Class 复制代码 /// 创建并分配存储空间 NSObject *obj = [[NSObject alloc]init]; 复制代码 假设我们NSObject对象分配了一块存储空间,假设之后8个字节,在这8个字节中我们只放了isa指针,假设我们的isa的地址为0x100400110,这个isa的地址就是结构体的地址。所以说obj的地址就是0x100400110。 NSObject占用的内存 #import #import ///> main int main(int argc, char * argv[]) { @autoreleasepool { NSObject *obj = [[NSObject alloc]init]; ///> 获得NSObject类的实例对象的大小 NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class])); ///> 获取obj指针指向内存的大小 NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj)); /**输出结果 8 16 */ } return 0; } 复制代码 首先我们用的Runtime的 class_getInstanceSize()方法去查看 NSObject类的实例对象的大小 传入 类 class 注意: Instance 实例,返回一个类的实例大小占用了内存空间的大小为8 然后我们用malloc_size的方法去查看obj指针指向内存的大小 为16; 传入obj的指针(会有错误提示 然后写上桥接就好了(__bridge const void *) ) alloc本质调用的是allocWithZone。 在源码中搜索allocWithZone 在底层代码中间我们找到allocWithZone的底层方法。发现obj是由class_cerateInstance(cls,0)创建出来的。 然后我们在进入_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil); 进入后会看到calloc(1,size)的alloc的实现代码,传入了一个size,size是instanceSize(extraBytes)得到的,我们再次进入 规定对象的字节至少是16个字节, 当我们的分配的size值小于16是 会把size设置为16 我们size传进来的就是alignedInstanceSize() 就是我们传进来的实例变量的大小 为8 所以当小于16的时候底层代码中返回的就是16 , 所以分配的内存大小至少是16。 一个NSObject对象占用多少内存? 系统分配了16个字节给NSObject对象(通过malloc_size函数获得) 但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函数获得 自定义NSObject 占用的内存 #import #import ///> Student类 @interface Student: NSObject{ @public int _no; int _age; } ///> 实际底层的结构体 结构 //struct Student_IMPL{ // Class isa, // int _no, // int _age; //} @end @implementation Student @end ///> main int main(int argc, char * argv[]) { @autoreleasepool { NSObject *obj = [[NSObject alloc]init]; Student *stu = [[Student alloc]init]; stu->_no = 4; stu->_age = 5; NSLog(@"no:%d, age:%d",stu->_no, stu->_age); NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class])); NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu)); /**输出结果 no:4, age:5 16 16 */ } return 0; } 复制代码 当我们自定义一个NSObject的时候实际底层会有三个成员变量,isa指针占用8个字节,_no占用4个字节 _age真用4个字节,所以我们最后的结果为 16,16 思考: 如果我的Student有三个成员变量 那么会占用对少个字节? class_getInstanceSize([Student class]) 的输出是多少? malloc_size((__bridge const void *)stu的输出是多少? #import #import ///> Student类 @interface Student: NSObject{ @public int _no; int _age; int _gender; } ///> 实际底层的结构体 结构 //struct Student_IMPL{ // Class isa, // int _no, // int _age; // int _gender; //} @end @implementation Student @end ///> main int main(int argc, char * argv[]) { @autoreleasepool { NSObject *obj = [[NSObject alloc]init]; Student *stu = [[Student alloc]init]; stu->_no = 4; stu->_age = 5; stu->_gender = 0; NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class])); NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu)); /**输出结果 24 32 */ } return 0; } 复制代码 最重的输出结果为: class_getInstanceSize: 24 malloc_size: 32 isa:占用8个字节,_no:占用4个字节,_age:占用4个字节, _gender:占用4个字节, 不应该是一共占用了20个自己吗?为什么是24个呢? 为什么会是24和32呢???? 文章总结自MJ老师底层视频。
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