OC对象的本质--一个NSObject占用多少内存?

问题:一个NSObject占用多少内存?

首先我们创建一个NSObject对象

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

其实这个问题想问的就是obj这个对象所指的指针占用的内存大小。
如果我们想要搞清楚obj对象所指指针的大小,那么我们只要搞清楚NSObjcet在内存的布局及其底层相关的知识。

  • 其实我们平时编写的Objective-C代码,底层实现其实都是C/C++代码
    OC代码的实现
  • 所以OC的面向对象都是基于C/C++的数据结构实现的

说到这里,们我们来思考一个问题,Objective-C的对象和类,主要基于C/C++的什么数据结构实现的呢?

由于oc的类和对象可能包含很多种属性如下代码

{
    int _age;
    double _height;
    NSString *_name;
}

所以根据上面的不同数据类型的属性来猜测,那就是结构体。

  • OC代码转化成C/C++代码

那么我们就把OC代码尝试着转化成C/C++代码,来看一下到底是不是结构体。

打开终端,将`OC `代码转化成`C/C++`
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc  OC源文件 -o 输出的cpp文件

那么根据上面的终端指令,我们将OCmain.m文件转化成C/C++main.cpp文件,具体指令

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

指令输入完成后回车,生成如下main.cpp文件

cpp文件

  • NSObject内存本质

将上一步的C++代码打开我们可以看一下NSObject内存本质到底是什么样子的

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

有上面的代码可以看出来,NSObject对象在内存中就是一个结构体
而其里面的Class isa,点进去我们可以看到他的定义

typedef struct objc_class *Class;

实际上,isa就是一个指向结构体的指针。
那么既然isa是个指针,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。(我们所使用的是64位架构的)
因为这个结构体就isa1个成员,假设isa的地址是0x100400b70,那么这个结构体的地址就应该是isa的地址。所以obj的地址应该就是结构体的地址,这个地址占用的内存大小就是结构体的大小,即isa的大小,isa这个地址所占用的内存大小为8个字节,那么NSObject对象在内存中所占用的大小也应该是8个字。这些就是NSObject内存本质。

  • 解决最上面的问题

根据上面NSObject内存本质的分析,我们应该会认为NSObject对象在内存中占用了8个字节,那么实际上并不是,而是16个字节,为什么呢?让我们来进一步分析:在runtime中有个class_getInstanceSize方法获取实例的大小,首先导入头文件#import <objc/runtime.h>,那么我们来打印一下看看

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"class_getInstanceSize--%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));

输出结果为:

interview-OC对象的本质[10809:700450] class_getInstanceSize--8

还有一个获取内存大小的方法,导入头文件#import <malloc/malloc.h>

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"malloc_size--%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));

输出结果为:

interview-OC对象的本质[10809:700450] malloc_size--16

根据上面的两个方法获取的内存大小不一样,class_getInstanceSize获取的大小为8个字节malloc_size获取的大小是16个字节。为什么会出现两种不同的情况呢,不要着急,我们来进一步分析
我们可以去runtime的源码里面,看一下class_getInstanceSize具体是怎么实现的。OC所有开放的源码地址https://opensource.apple.com/tarballs
我们找到runtime源码位置然后下载下来

runtime源码

点进去然后下载数字最大的。
下载完成,打开项目,然后找到class_getInstanceSize的实现
class_getInstanceSize实现

然后我们点击去看下alignedInstanceSize实现

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

可以从注释上看出来返回的是Class's ivar size,类的成员变量的大小,
因为NSObject对象只有一个isa成员变量,因为返回的是8个字节

我们还可以从源码的另外一个角度来分析一下,看一下alloc的时候分配了多大的内存大小,我们还是搜索刚才的源码allocWithZone然后找到_objc_rootAllocWithZone在这个方法中返回的是class_createInstance(cls, 0),然后跳转进去,返回值再点击去可以看到instanceSize,再点进去可以看到如下的代码

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;
    }

从上述代码注释中可以看到,CF要求至少得返回16个字节的内存大小。

  • 最终的答案

从上面的所有分析来看,我们很容易能回答出文中最开始提出的问题

一个NSObject占用多少内存?
答:
1、系统分配了16个字节给NSObject对象(可以通过malloc_size函数得到)
2、但NSObject对象内部只使用了8个字节空间(在64bit环境下,可以通过class_getInstanceSize函数获得)

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