本系列用于记录学习过的底层知识。
我们从一道面试题开始入手
一个NSObject对象占用多少内存？
在回答这个问题之前，我们得弄懂NSObject到底是什么？
我们平时写的OC代码其底层都是C/C++来实现，所以我们将OC代码转换成C++来看看NSObject是怎么实现的。
首先，我们创建一个命令行项目，初始化一个NSObject对象
NSObject *person = [[NSObject alloc] init];
cd 到main.m文件路径下，使用
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
命令将OC代码转换成C/C++代码。
截屏2020-11-30 21.20.43.png
然后将生成的cpp文件拖入到项目中，不参与编译。
截屏2020-11-30 21.22.16.png
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在cpp文件中，搜索NSObject_IMPL，可以看到以下结构体
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
这个结构体就是NSObject的底层实现。
isa又是什么呢？
typedef struct objc_class *Class;
isa就是一个指针，指向NSObject类对象的指针，类对象后面再详细说。
所以可以这么理解，前面初始化的NSObject对象底层就是一个带有isa指针的结构体。
在64位编译模式下，一个指针占8个字节，所以这个NSObject对象的大小为8个字节。我们可以通过class_getInstanceSize这个函数来印证下，导入头文件
#import <objc/runtime.h>
调用如下函数
//获取实例对象大小
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
控制台打印如下输出
截屏2020-11-30 22.02.42.png
可以看出一个NSObject对象确实是占用8个字节，那么系统又会为NSObject对象分配多少内存呢？
我们可以通过malloc_size这个函数来查看，导入头文件
#import <malloc/malloc.h>
调用如下函数
//获取系统为person分配的内存大小
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)(person)));
控制台打印如下输出
截屏2020-11-30 22.08.57.png
明明只需要8个字节，为什么又会分配16个字节呢？
因为系统会根据内存对齐规则来分配内存。
内存对齐
对齐规则：
1. 结构体内部第一个数据成员存在距离结构体本身地址偏移量为0的地址，其后的数据成员的偏移量为min(自身大小，对齐系数)的整数倍
2. 结构体的数据成员变量为结构体，那么此数据成员的偏移量为min(子结构体内部最大数据成员，对齐系数)的倍数
3. 最后结构体自身还要对齐一次，其大小为min(内部最大数据成员，对齐系数)的倍数
Xcode默认的对齐系数为8。
struct Struct1 {
int a;//4 前面的偏移量为0，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a的大小为4
int b;//4 前面的偏移量为4，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a和b的大小为8
char c;//1 前面的偏移量为8，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a、b、c的大小为9
short d;//2 前面的偏移量为9，不是min(自身大小，对齐系数)的倍数，需要补齐1位变成10，a、b、c、d的大小为12
}myStruct1;//12为 min(最大数据成员大小（int b : 4），对齐系数)的倍数，不需要对齐
struct Struct1 {
double a;//8 前面的偏移量为0，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a的大小为8
int b;//4 前面的偏移量为8，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a和b的大小为12
char c;//1 前面的偏移量为12，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a、b、c的大小为13
short d;//2 前面的偏移量为13，不是min(自身大小，对齐系数)的倍数，需要补齐1位变成14，a、b、c、d的大小为16
}myStruct1;//16为 min(最大数据成员大小（double a : 8），对齐系数)的倍数，不需要对齐
struct Struct2 {
int a;//4 前面的偏移量为0，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a的大小为4
double b;//8 前面的偏移量为4，不是min(自身大小，对齐系数)的倍数，需要补齐4位变为8，a和b的大小为16
char c;//1 前面的偏移量为16，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，a、b、c的大小为17
short d;//2 前面的偏移量为17，不是min(自身大小，对齐系数)的倍数，需要补齐1位变成18，a、b、c、d的大小为20
}myStruct2;//最后myStruct2结构体自身对齐min(最大数据成员大小（double b : 8），对齐系数)的倍数,为24
接下来我们看另外一个类
@interface ZJPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;
@end
这个类的底层实现类似于下面的结构体
struct ZJPerson_IMPL {
Class isa;//8 前面的偏移量为0，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，isa的大小为8
int _age;//4 前面的偏移量为8，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，isa、_age的大小为12
int _height;//4 前面的偏移量为12，是min(自身大小，对齐系数)的倍数，不需要补齐，isa、_age、_height的大小为16
};//16为 min(最大数据成员大小（Class isa : 8），对齐系数)的倍数，不需要对齐
根据上面讲的内存对齐规则来分析，这个结构体大小为16
ZJPerson *person = [[ZJPerson alloc]init];
NSLog(@"instanceSize: %zd \n mallocSize: %zd", class_getInstanceSize([person class]), malloc_size((__bridge const void *)(person)));
通过上述方法来印证下
截屏2020-12-09 20.32.44.png
可以看到大小和上述分析的一致。
我们再看另外一个类
@interface ZJPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;
@property (nonatomic, assign) int weight;
@end
我们再原来的基础上加了一个属性weight，我们再看看输出大小
截屏2020-12-09 20.35.22.png
为什么明明只需要24字节的结构体却分配了32个字节的内存空间呢？
这是因为系统在分配内存的时候还会再做一次内存对齐
#define NANO_MAX_SIZE 256 /* Buckets sized {16, 32, 48, ..., 256} */
不管是小内存还是大内存都是基于16的倍数来分配的，上面的结构体本来只需要24个字节，但是分配的时候第一档16字节不够，所以就分配了第二档32个字节。
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