iOS-Objective-C的本质

其实学过iOS的人都知道，一个OC对象的底层实现就是用的C/C++来实现的，然后在通过编译器转成汇编语言，最后就是机器语言，大概的图就是如下

image.png

这里笔者通过几个面试题来展开这个话题：

1、一个NSObject对象，占用多少内存？

2、对象的isa指针指向哪里

3、OC的类信息存放在哪里

首先我们先来看看第一个问题：一个NSObject对象，占用多少内存？

我们还是通过代码来看这个问题

// 1 我们先实例化一个NSObject对象
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
// 2 然后通过runtime中的class_getInstanceSize来看看这个对象的大小
NSLog(@"obj的大小 -- %zd", class_getInstanceSize([obj class]));

从上面代码运行之后我们所得到的结果如下图：

image.png

显而易见，打印出来的是 8，意思就是说，obj目前的大小是8个字节，但是这仅仅是我们打印出来的，到底这个8是怎么来的呢，其实这里我们需要知道，OC的对象底层实现就是一个结构体，所以我们先找个方法去拿到它的底层实现，这里我们可以通过以下中断命令去编译出我们的main函数的底层实现

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o mian-64.cpp

这个命令的大致意思就是在64位系统iPhone的环境下，用clang命令编译出main.m文件的实现放在mian-64.cpp中
在这个文件的最后，你可以看到我们main函数的的实现部分：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        NSObject *obj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
    }
    return 0;
}

不难发现，我们init一个对象的本质过程就是我们的runtime中的消息发送
然后这里，我们可以通过搜索NSObject_IMPL这个关键字，我们可以定位到以下代码，也就是我们NSObject对象底层实现，就是一个如下的结构体：

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

所以我们上面得到的大小8就是这个结构体内部的成员变量isa的大小，到此我们就了解：
1、我们OC对象的本质是一个结构体
2、通过xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o mian-64.cpp我们可以得到编译器编译之后的实现部分
3、class_getInstanceSize方法返回的是我们成员变量的大小
那是不是这个8就是我们问题一的最终答案呢？其实不是的；我们再来看看以下代码：

// 1 我们先实例化一个NSObject对象
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
// 2 然后通过runtime中的class_getInstanceSize来看看这个对象的大小
NSLog(@"obj的大小 -- %zd", class_getInstanceSize([obj class]));
// 3 通过malloc_size方法得到obj这个对象的大小
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));

这个代码就比我们之前的代码多了一个malloc_size的打印，结果如下：

image.png
发现class_getInstanceSize的到的结果是8，但是malloc_size得到的结果是16，这又是为什么呢，这里我们就要去看下这两个代码的底层实现了，在Xcode里面是看不到这个底层源码的，我们可以在苹果提供的源码网站中下载https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/这个文件
打开之后去搜索关键字class_getInstanceSize，你会发现以下几行代码

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());
    }

从这里我们可以看到，class_getInstanceSize这个方法返回的大小，其实就是我们的成员变量所占内存的大小
我们再来看看alloc这个方法，其实alloc方法，到最后他会调用以下代码

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;
    }

这里的size就是从alignedInstanceSize里面得到的，但是系统自动做了判断，当小于16的时候，系统自动分配16个字节给对象，所以到这个我们大概知道了，为什么class_getInstanceSize和malloc_size这两个方法等到的大小是不一样的，在这里我们可以总结就是：
1、class_getInstanceSize得到的大小是我们对象所对应的结构体至少需要的大小
2、malloc_size得到的大小是系统分配给对象的内存大小

注：当然不是说class_getInstanceSize和malloc_size得到的一定是不一样的，我们的成员变量的大小刚好跟系统分配的内存大小一样的情况肯定是有的

所以针对这个问题我们，再继续深入了解下，这里我们自己定义一个Person类,代码如下：

@interface Person : NSObject {
    
    int age;
}

@end

@implementation Person

@end
// cpp对应的Person的结构体代码如下
struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int age;
};

这个时候，我们在main函数里面代码如下：

        Person *person = [[Person alloc] init];
        NSLog(@"obj的大小 -- %zd", class_getInstanceSize([person class]));
        NSLog(@"obj的大小%zd", malloc_size((__bridge const void *)person));

这个时候我们再来看打印结果：

image.png

我们会发现，这个时候两个函数打印出来都是16，但是如果有心的同学会想到，笔者在上述中说到，class_getInstanceSize返回的大小是成员变量的大小，但是int类型的是4个字节，加上isa的8个字节，不应该是12个字节吗？那是因为结构体的内存大小对齐的原理，这个不理解的同学可以去查下资料
接下来我们再来增加两个int字段，a和b，我们可以想到，结构体里面应该是如下

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int age;
    int a;
    int b;
};

这个时候两个方法获取到的大小又会是多少呢？我们来看结果：

image.png
是不是有点出乎意料？我一开始也是这么觉得，但是看完资料发现，其实这是一个正常的现象，class_getInstanceSize返回的是24，大家应该可以理解：8 + 4 + 4 = 16，16 + 8 = 24，这是根据结构体内存对齐原理来处理的
但是这个malloc_size出来的32又是怎么回事呢?其实，系统在给我们分配内存的时候也是有自己的方式的，在64位系统中，它就是以16个字节为最小单位来分配的，因为这种分配方式，有助于系统自己的处理，所以得到的结构是32
至此，第一个问题我们全面得到的解答，并且做了一些深入，这也是笔者看了资料之后的总结，希望对大家有好处
至于2、3两个问题，我放在下一篇文章中：
续写Objective-C的本质