总所周知，oc对象底层是由结构体实现的，所以通过分析结构体内存占用情况可以更好的理解oc对象的内存占用。
1.把OC对象编译成结构体
有如下代码:
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Person.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
NSLog(@"Hello, World!");
Person *per = [[Person alloc] init];
NSLog(@"per:%@",per);
}
return 0;
}
我们可以通过clang命名把.m文件编译成.cpp文件，进而可以清楚的看到为什么说oc对象底层是结构体实现。
//clang命令
clang -rewrite-objc main.m [-o 别名]
编译后如下：
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};
2.结构体内存占用分析
2.1 常用数据类型内存占用大小
我们都知道，在不同位数的编译器环境下，数据类型不同其占用字节大小也不相同，区别如下:
-
32位编译器
32位编译器下.png
-
64位编译器
64位编译器下.png
2.2 结构体内存对齐规则
为了方便cpu更加快速地读取存放在内存中的数据，内存在存放数据时会按照一定的规则来排列，规则如下：
- 数据成员对⻬规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第
⼀个数据成员放在offset为0的地⽅，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员⼤⼩或者成员的⼦成员⼤⼩（只要该成员有⼦成员，⽐如说是数组，结构体等）的整数倍开始(⽐如int为４字节,则要从４的整数倍地址开始存
储。 - 结构体作为成员:如果⼀个结构⾥有某些结构体成员,则结构体成员要从
其内部最⼤元素⼤⼩的整数倍地址开始存储.(struct a⾥存有struct b,b⾥有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.) - 收尾⼯作:结构体的总⼤⼩,也就是sizeof的结果,.必须是其内部最大成员的整数倍,不⾜的要补⻬。
2.3 内存对齐计算
2.3.1 普通结构体
例如有下面这样一个结构体，其内存大小为24.分析如下：
struct AA{
double a; //[0,7]
char b; //[8]
int c; //[12,15]
int d; //[16,19]
};
printf("大小为:%d",sizeof(struct AA));//24
我们可以知道sizeof可以用来计算对象类型所占内存大小，按照规则1我们可以将结构体AA对象排列如下：
我们可以看到，a是第一个成员且长度大小为8，所以占位序号为[0,7];
b的长度大小为1，所以占位序号为[8];c的长度大小为4，但是根据规则一，这里c不能从序号9开始，因为9不满足对齐数(4)的整数倍，所以要从12开始排列；同理d的占位序号为[16,19],那么整个结构体大小为19+1=20字节，又因为20不满足规则三，所以总大小应该是最大长度(8)的最小整数倍且不小于20字节的数，即24.
2.3.2 嵌套结构体
例如结构体嵌套的情况:
struct BB{
double a; //[0,7]
struct AA b; //[8,31]
char c; //[32]
};
printf("BB:%lu\n",sizeof(struct BB));//40
思路分析：
- a长度为8且为首元素,所以占位序号为[0,7]
- b为结构体变量且长度大小为24，根据规则二我们得出b不能从24开始，所以b的占位序号为[8,31]
- c的长度为1，占位序号为[32],所以总大小为:32+1=33,然后33并不是结构体BB的最大对齐数(8)的整数倍，因此BB大小为ceil(33/8.0)*8=40.
3.IOS中对象内存大小
前面说完了结构体内存占用大小的情况，下面说说OC对象占用大小和实际申请大小该怎么计算吧。
首页，我们往Person类中新增name,nickName,age等几个属性.
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@property (nonatomic,copy)NSString *nickName;
@property (nonatomic,assign)unsigned int age;
@property (nonatomic,assign)double score;
@end
并赋值如下：
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Person.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
NSLog(@"Hello, World!");
Person *per = [[Person alloc] init];
per.name = @"James";
per.nickName = @"Potter";
per.age = 18;
NSLog(@"per:%@",per);
NSLog(@"需要申请大小:%ld",class_getInstanceSize([per class]));//40
NSLog(@"实际申请大小:%ld",malloc_size((__bridge const void *)per));//48
}
return 0;
}
因为Person有四个属性：name和nickName是指针变量各占用8个字节，age占用4个字节，score占用8个字节。其次通过结构体我们可以前面clang编译我们可以看到，结构体里面还有一个isa指针，所以Person类总大小为：8+8+8+4+8=36,对齐后应该是最大长度的整数倍,即为40.
然而为什么在实际申请内存过程中是48呢？其实苹果底层在申请内存是是按照16字节来申请的.
通过objc4中class_getInstanceSize源码分析
/**
* Returns the size of instances of a class.
*
* @param cls A class object.
*
* @return The size in bytes of instances of the class \e cls, or \c 0 if \e cls is \c Nil.
*/
OBJC_EXPORT size_t
class_getInstanceSize(Class _Nullable cls)
OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
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() const {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
//x+7 & (~7) --> 8字节对齐
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
//其中 WORD_MASK 为
# define WORD_MASK 7UL
实际申请内存时instanceSize源码分析
size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
//编译器快速计算内存大小
if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
}
// 计算类中所有属性的大小 + 额外的字节数0
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
//如果size 小于 16，最小取16
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
所以为什么苹果要按照16字节对齐呢？
- 通常内存是由一个个字节组成的，cpu在存取数据时，并不是以字节为单位存储，而是以块为单位存取，块的大小为内存存取力度。频繁存取字节未对齐的数据，会极大降低cpu的性能，所以可以通过减少存取次数来降低cpu的开销。
- 由于在一个对象中，第一个属性isa占8字节，当然一个对象肯定还有其他属性，当无属性时，会预留8字节，即16字节对齐，如果不预留，相当于这个对象的isa和其他对象的isa紧挨着，容易造成访问混乱。
- 16字节对齐后，可以加快CPU读取速度，同时使访问更安全，不会产生访问混乱的情况
以上就是我对对象内存大小占用情况的简单分析，欢迎各位大佬们点赞。
