简析OC中对象占用内存的原理

• OC 即 Objective-C , 是 iOS 的开发语言之一, 其底层都是通过 C/C++ 实现
• OC 代码在编译过程中都会被转成 C/C++ 代码, 之后再转成汇编语言, 最后才转成机器语言(0和1)
• 所以 OC 的面向对象都是基于 C/C++ 的数据结构实现的, 具体一点就是通过机构提实现的(这个后面会详解)

C/C++ 代码转换

• 上面说到, OC 代码在编译过程中都会转成 C/C++ 代码, 不过这个过程我们看不到, 也拿不到转化后的 C/C++ 代码
• 所以下面我们手动将 OC 代码转成 C/C++ 代码
• 使用下面的命令行

xcrun  -sdk  iphoneos  clang  -arch  arm64  -rewrite-objc OC源文件  -o  输出的CPP文件

// xcrun --> xcode run的简写
// iphoneos --> 指运行在iOS平台
// -arch --> 支持的设备架构: 模拟器(i386)、32bit(armv7)、64bit（arm64）, iOS的架构现在基本都是arm64

// 打开终端到文件目录下, 输入以下示例代码即可
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

其中 cpp 就是指 c plus plus , 也就是 c++ 的意思

OC对象的本质

在说 OC 对象的本质之前, 我们可以先点进去看一下 NSObject 对象的底层定义, 如下

@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}

• 抛开定义的宏不考虑, 其实就只有一个 Class 类型的 isa 属性
• 下面从上一步中生成的 main.cpp 文件中, 看一下 NSObject 在内存中是如何声明的

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

NSObject 最后转成了 NSObject_IMPL (结构体), 我们的 OC 对象最后其实就是转成了结构体; 也就是说, c++ 的结构体支撑了 OC 语法中的面相对象

至于 isa 是什么? 我们可以点进去看一下, 其实也就是一个指向结构体 struct objc_class 的指针, 那么他在64位的环境下占8个字节，在32环境上占4个字节

typedef struct objc_class *Class;

方法底层

• 现在我们在回到最初的问题, 一个 NSObject 对象占用多少内存?
• 上面说到一个 isa 就需要占用8个字节, 那么一个 NSObject 对象就至少需要8个字节
• 但是系统真的就为一个 NSObject 对象分配了8个字节的存储空间吗??
• 下面我们通过两个方法来计算对象所占用内存大小

// runtime方法
#import <objc/runtime.h>
        
// 获取NSObject类的示例对象的大小, (至少需要多少内存, 成员变量所占用的存储大小)
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
// 输出 8


// malloc方法
#import <malloc/malloc.h>

NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
// 获取obj指针所指向的内存的大小, 实际上分配的内容(最少为16)
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *) obj));
// 输出 16

从上面的代码可以看出两个方法打印出来的结果是不一样的, 但是为什么不一样呢, 方法内部优势如何实现的呢??下面我们就具体来看一下

class_getInstanceSize

• class_getInstanceSize 是 runtime 中的方法, 用于获取 NSObject 类的示例对象的大小
• 使用时需要导入对应的头文件 #import <objc/runtime.h>
• 至于其方法内部是如何实现的, 这里我们可以查看他的源码, OC所有开发的源码可以到这里查找: https://opensource.apple.com/tarballs
• 打开网页, 搜索并找到 objc4 的文件夹

打开 objc4 所在文件夹, 找到最新版本的代码(数字越大版本越薪)下载, 下载完成，打开项目，然后找到 class_getInstanceSize 方法的的实现( .mm 文件中)

接下来, 我们就具体看下方法内部到底是如何实现的

// 方法的实现
size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
    if (!cls) return 0;
    return cls->alignedInstanceSize();
}

// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
uint32_t alignedInstanceSize() {
    return word_align(unalignedInstanceSize());
}

• 从上面代码中 alignedInstanceSize 方法的注释中就可明白, 该方法返回的是当前类( NSObject )的成员变量的大小
• 当前 NSObject 中就只有一个 isa 指针, 所以返回8个字节
• 上面方法中提到了一个 word_align , 可以理解为内存对齐, 后面对具体详解

malloc_size

• malloc_size 是 malloc 中的方法, 用于获取 obj 指针所指向的内存的大小, 即系统实际分配的内存大小(最少为16)
• 使用时需要导入对应的头文件 #import <malloc/malloc.h>
• 同样根据上面的方式下载源码, 找到 libmalloc
• malloc_size 方法的实现代码如下

size_t
malloc_size(const void *ptr)
{
	size_t size = 0;

	if (!ptr) {
		return size;
	}

	(void)find_registered_zone(ptr, &size);
	return size;
}