OC 对象原理探索（二）

2021-06-14 本文已影响0人 SpringSunLcy

目录

1. 对象的内存影响因素

2. 成员变量在内存中的存储情况

3. 结构体内存对齐
3.1 类型占用字节数表格
3.2 内存对齐原则
1、数据成员对齐规则
2、结构体作为成员
3、结构体总大小
3.3 举例验证

4. sizeof、class_getInstanceSize、malloc_size

5. malloc源码分析
5.1 源码下载
5.2 源码分析

6. 总结

1. 对象的内存影响因素

先创建一个SSLPerson类：

@interface SSLPerson : NSObject {
    NSString *_hobby;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;

- (void)eat;

@end

打印一下它的内存大小：

把nickName属性注释掉：

//@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;

查看打印结果：

把eat方法注视掉：

//- (void)eat;

查看打印结果：

把成员变量_hobby注视掉：

//    NSString *_hobby;

查看打印结果：

通过上面的打印，我们发现属性和成员变量影响了对象内存，方法没有影响，所以我们可以得出最终结论：只有成员变量会影响对象内存。

2. 成员变量在内存中的存储情况

我们修改一下SSLPerson类：

@interface SSLPerson : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, copy) NSString *hobby;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic) double height;

@property (nonatomic) char a;
@property (nonatomic) char b;

@end

创建SSLPerson类的实例p，为属性赋值，用x/8gx命令打印出这些值在内存中的存储情况：

找出ssl、王老五、180.5：

找出24、a、b：

注：a的ASCII码为97,b的ASCII码为98。

通过打印结果我们发现24、a、b被存储到了同一个8字节内，这里就涉及到了内存对齐的一些原则，下面继续探究。

3. 结构体内存对齐

3.1 类型占用字节数表格

C	OC	32位	64位
`bool`	`BOOL(64位)`	1	1
`signed char`	`(__signed char)int8_t、BOOL(32)位`	1	1
`unsigned char`	`Boolean`	1	1
`short`	`int16_t`	2	2
`unsigned short`	`unichar`	2	2
`int int32_t`	`NSInteger(32位)、boolean_t(32位)`	4	4
`unsigned int`	`boolean_t(64位)、NSUInteger(32位)`	4	4
`long`	`NSInteger(64位)`	4	8
`unsigned long`	`NSUInteger(64位)`	4	8
`long long`	`int64_t`	8	8
`float`	`CGFloat(32位)`	4	4
`double`	`CGFloat(64位)`	8	8

3.2 内存对齐原则

1、数据成员对齐规则

结构体struct或联合体union的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的位置，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，比如说数组，结构体等)的整数倍数开始(比如int为4个字节，则要从4的整数倍地址开始存储)。

2、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中存有struct b，b中有char，int，double等元素，那么b应该从8的整数倍开始存储)，因为double为最大子元素，占用8个字节。

3、结构体总大小

结构体总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

3.3 举例验证

struct Struct1 {
    double a;       // 占8字节 存放在[0 7]
    char b;         // 占1字节 下一个索引8是1的整数倍，存放在[8]
    int c;          // 占4字节 下一个索引9不是4的整数倍，所以空出9，10，11，存放在 [12 13 14 15]
    short d;        // 占2字节 下一个索引16是2的整数倍，存放在[16 17]
}struct1;           // 总区间为[0...17]，大小为18，取最大元素double8字节的整倍数，所以总大小为24

struct Struct2 {
    double a;       // 占8字节 存放在[0 7]
    int b;          // 占4字节 下一个索引8是4的整数倍，存放在[8 9 10 11]
    char c;         // 占1字节 下一个索引12是1的整倍数，存放在[12]
    short d;        // 占2字节 下一个索引13不是2的整倍数，所以空出13 存放在[14 15]
}struct2;           // 总区间为[0...15]，大小为16，取最大元素double8字节的整倍数，所以总大小为16

struct Struct3 {
    double a;               // 占8字节 存放在[0 7]
    int b;                  // 占4字节 下一个索引8是4的整数倍，存放在[8 9 10 11]
    char c;                 // 占1字节 下一个索引12是1的整数倍，存放在[12]
    short d;                // 占2字节 下一个索引13不是2的整数倍，所以空出13，存放在[14 15]
    int e;                  // 占4字节 下一个索引16是4的整数倍，存放在[16 17 18 19]
    struct Struct1 str1;    // 占24字节 下一个索引20不是str1中double8字节的整数倍，所以空出20 21 22 23，最后存放在[24.....47]
    struct Struct2 str2;    // 占16字节 下一个索引48是str2中double8字节整数倍，存放在[48.....64]
    short f;                // 占2字节 下一个索引65不是2的整数倍，所以空出65，存放在[66,67]
}struct3;                   // 总区间为[0...67]，大小为68，取最大元素double 8字节的整倍数，所以总大小为72

NSLog(@"Struct1:%lu -- Struct2:%lu -- Struct3:%lu",
            sizeof(struct1), sizeof(struct2), sizeof(struct3));

查看打印结果：

Struct1:24 -- Struct2:16 -- Struct3:72

4. `sizeof`、`class_getInstanceSize`、`malloc_size`

修改SSLPerson类：

@interface SSLPerson : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) long height;

@end

main.m中代码：

#import "SSLPerson.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        SSLPerson *person = [SSLPerson alloc];
        person.name      = @"lee";
        person.nickName  = @"ssl";
        
        NSLog(@"person %@",person);
        NSLog(@"sizeof %lu",sizeof(person));
        NSLog(@"person %lu",class_getInstanceSize([SSLPerson class]));
        NSLog(@"person %lu",malloc_size((__bridge const void *)(person)));
    }
    return 0;
}

查看打印结果：

解释：

sizeof这里计算的是person指针的大小，指针统一为8字节；
class_getInstanceSize计算的是isa指针加成员变量占用的内存：name(NSString``8字节) + nickName(NSString``8字节) + age(int``4字节) + height(long``8字节) + isa(来自NSObject``8字节) = 36字节，按照8字节对齐，最终为40字节;
malloc_size计算的是实际向系统申请开辟的内存空间：40字节向系统申请时，遵循16字节对齐原则，最终为48字节。

malloc是如何申请内存的呢，我们接下来通过源码来进行分析。

5. `malloc`源码分析

5.1 源码下载

工程中点击malloc_size定位源码所在位置：

malloc 源码下载地址，我们以317.40.8版本为例进行分析。

5.2 源码分析

我们在main.m中添加代码，用40字节去申请内存：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <malloc/malloc.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        // 用 40 字节去申请内存
        void *p = calloc(1, 40);
        NSLog(@"开辟字节数:%lu",malloc_size(p));
    }
    return 0;
}

查看打印结果：