前言

探寻OC对象的本质，我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++代码。
OC的对象都是通过基础C\C++的结构体实现的。

image.png

OC 转换为 C++
我们通过创建OC对象，并将OC文件转化为C++文件来探寻OC对象的本质，OC如下代码

#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

使用 clang 将 OC 代码转换为 C++ 代码

// 这种方式没有指定架构例如arm64架构 其中cpp代表（c plus plus）生成 main.cpp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 

使用 XCode 工具 xcrun 进行转换

// 可以指定 arm64 架构, 如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit
// -o 输出的 cpp 文件
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 

一.先来看看我们平时接触的NSObject

• NSObject *objc = [[NSObject alloc]init]的本质
  在内存中，这行代码就把objc转在底层实现中转成了一个结构体，其底层C++编译成结构体为：

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

在64位机中，一个isa占8个字节，在32位机中，一个isa占4个字节（当然苹果后面的机型都是64位的，这里我们着重讲解64位机）

• 我们先来看看这个创建好的objc占多少个字节

int main(int argc, char * argv[]) {

    @autoreleasepool {
        // Setup code that might create autoreleased objects goes here.
        //定义一个objc
        NSObject *objc = [[NSObject alloc]init];
        //打印内存
        NSLog(@"tu-%zd",class_getInstanceSize([NSObject class]));
        NSLog(@"tu-%zd",malloc_size((__bridge const void *)(objc)));
    }

}

其打印结果为

image

• 为什么一个是8一个是16

  • 我们先来认识一下class_getInstanceSize、malloc_size的区别
    1.class_getInstanceSize：是一个函数（调用时需要开辟额外的内存空间），程序运行时才获取，计算的是类的大小（至少需要的大小）即实例对象的大小->结构体内存对齐
    2.创建的对象【至少】需要的内存大小不考虑malloc函数的话，内存对齐一般是以【8】对齐
    3.#import <objc/runtime.h>使用这个函数时倒入runtime运行时

  • malloc_size：堆空间【实际】分配给对象的内存大小 -系统内存对齐

    1. 在Mac、iOS中的malloc函数分配的内存大小总是【16】的倍数 即指针指向的内存大小
    2. import <malloc/malloc.h>使用时倒入这个框架
• sizeof：是一个运算符，获取的是类型的大小（int、size_t、结构体、指针变量等），这些数值在程序编译时就转成常数，程序运行时是直接获取的

看到上面对两个函数的认识，应该知道为什么输出的一个是8，一个是16了吧，当内存申请<16时，在底层分配的时候，系统会默认最低16个字节，系统给objc16个字节，而objc用到的是8个字节（没添加任何成员变量之前）

二.内存对齐

• 在上面的基础上我们新建一个类Student继承NSObject，那么对于student的底层C++编译实现就变成了：

struct Student {
    struct NSObject_IMPL NSOBJECT_IVARS;
};

也就是说，继承关系，子类直接将父类的isa引用进来

• 对于class_getInstanceSize（也就是类本质的内存对其）
  1.在student中创建成员变量：

@interface Student : NSObject
{
    @public
    int _age;
    int _no;
    int _tc;
}
@end

其底层C++编译结构体就变成了

struct Student {
    struct NSObject_IMPL NSOBJECT_IVARS;
    int _age;
    int _no;
    int _tc;
};

• 打印结果：

 //定义一个objc
        Student *objc = [[Student alloc]init];
        //打印内存
        NSLog(@"tu-%zd",class_getInstanceSize([Student class]));
        NSLog(@"tu-%zd",malloc_size((__bridge const void *)(objc)));

2020-09-08 12:35:27.158568+0800 OC底层[1549:79836] tu-24
2020-09-08 12:35:27.159046+0800 OC底层[1549:79836] tu-32

• 先来说说24的由来

由于创建对象的时候，内存是以8对齐，上面我们讲到一个对象里面包含了一个isa占8个字节，对于student来说它有四个成员变量，isa，age，no，tc，共占8+4+4+4=20字节，但是由于内存以8对齐的原因，我们看到的输出是24，

image

所以class_getInstanceSize在计算实例大小的时候就是24，其白色区域表示空出了四个字节

• 再来看看32的由来
  上面我们说到malloc_size指的是实际堆分配的空间，它以16字节对齐

  image

可以看到，空白的区域为空出了12个字节，总共为32个字节

三.添加属性

• 添加属性

@interface Student : NSObject
{
    @public
    int _age;
    int _no;
    int _tc;

}
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) NSArray *array;
@end

其在底层C++编译就变成了

struct Student {
    struct NSObject_IMPL NSOBJECT_IVARS;
    int _age;
    int _no;
    int _tc;
    NSString _name;
    NSArray _array;
};

默认的会将属性生成的_name添加进结构体中，计算相应的大小

四、更复杂的继承关系

/* Person */
@interface Person : NSObject
{
    int _age;
}
@end
/* Student */
@interface Student : Person
{
    int _no;
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        NSLog(@"%zd  %zd",
              class_getInstanceSize([Person class]),
              class_getInstanceSize([Student class])
              );
    }
    return 0;
}

image.png

我们发现只要是继承自NSObject的对象，那么底层结构体内一定有一个isa指针。那么他们所占的内存空间是多少呢？单纯的将指针和成员变量所占的内存相加即可吗？上述代码实际打印的内容是16 16，也就是说，person对象和student对象所占用的内存空间都为16个字节。
其实实际上person对象确实只使用了12个字节。但是因为内存对齐的原因。使person对象也占用16个字节。

展开来讲另外的一个点。

比如一个Person对象,他的内存地址假设说是0x10010，那么其实这个内存地址也是他isa指针的内存地址，因为只要集成自NSObject 往上展开，第一个元素一定是isa指针内存地址，所有isa指针也就是这个对象的内存地址了

五、窥探内存结构

方式一：通过打断点。 Debug Workflow -> viewMemory Address 中输入stu的地址

image.png
image.png

六 代码方式获取对象占用空间大小

获取一个实例对象至少需要多少内存

#import <objc/runtime.h>
class_getInstanceSize([NSObject class]);
在程序运行的过程中，返回这个类创建出来的最小内存

sizeof() 是一个运算符，编译的时候就会转化为常数，实际上计算的是一种类型

JWJPerson *p = [[JWJPerson alloc] init]；
sizeof（p）---->  8 
编译的时候确定p,是一个指针而已

获取一个实例对象实际上分配了多少内存
由于一些系统内存分配机制，内存对齐等，实际分配的内存可能要比实际需要的内存大

#import <malloc/malloc.h>
malloc_size((__bridge const void *)obj);
实际分配了多少内存

总结:

所以在实际计算类的占用空间大小的时候，根据添加的成员变量就可以计算出一个实例占用的内存大小（即计算出结构体的大小24，然后告诉系统，系统调用calloc分配内存的时候按照16对齐原则分配）