iOS-底层原理02-isa和类的结构分析

《iOS底层原理文章汇总》

[NSObject alloc]方法为什么没有走源码？？？

0.gif

如上图发现并没有走alloc的源码，通过汇编调试(Debug->Debug Workflow->Always Show Disassembly)发现调用了objc_alloc方法

QQ20200928-153258@2x.png
在objc_alloc中断点，发现[NSObject alloc]中调用了

// Calls [cls alloc].
id
objc_alloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}

那系统源码是在什么时候调用objc_alloc方法呢，我们不得而知(需要查看llvm)。在NSObject.mm源码中搜不到objc_alloc的被调用次数

2.gif QQ20200928-172119@2x.png

[DCPerson alloc]调用过程中，alloc调用了两次,第一次调用是objc_alloc----->callAlloc----->return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));进入objc_msgSend的alloc方法(第二次调用)----->alloc(return _objc_rootAlloc(self);)----->进入到callAlloc...对象的初始化阶段

3.gif

• [NSObject alloc]流程图如下

NSObject的alloc流程图.png

• [DCPerson alloc]流程图如下

DCPerson的alloc流程图.png

对象的内存结构

为确保内存不浪费，不满8字节的属性大小会在内存中紧密相连，比如属性age,4字节，c1，1字节，c2，1字节，共用8字节的内存地址0x0000001200006261，如下图:

4.gif

内存对齐原则

类型大小占用字节@2x.png

• 1 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。 min(当前开始的位置mn)m=9n=4
  9 10 11 12

• 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.)

• 3.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。

结构体嵌套结构体内存对齐

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.)

struct DCStruct1{
    double a;    //8 (0-7)
    char b;      //1 (8)
    int c;       //4 (9,10,11,12-15)
    short d;     //2 (16-17)
}struct1;
//18   -------  24
struct DCStruct2{
    double a;   //8 (0-7)
    int b;      //4 (8-11)
    char c;     //1 (12)
    short d;    //2 (13,14-15)
}struct2;
//16

struct DCStruct3 {
    double a; //8 (0-7)
    float  b; //4 (8-11)
    int c;    //4 (12-15)
    short d;  //2 (16-17)
    char e;   //1 (18)
    struct DCStruct2 struct0;// 24 double(24-31) int(32-35) char(36) short(37,38-39)
} struct3;
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        DCPerson *person = [DCPerson alloc];
        NSLog(@"%@",person);
        
        NSLog(@"%lu----%lu",sizeof(struct1),sizeof(struct2));
        NSLog(@"%lu",sizeof(struct3));
    }
    return 0;
}
//输出
2020-09-09 01:21:04.033630+0800 DCTestObjc[34891:515298] <DCPerson: 0x1005713a0>
2020-09-09 01:21:04.034025+0800 DCTestObjc[34891:515298] 24----16
2020-09-09 01:21:04.034071+0800 DCTestObjc[34891:515298] 40

源码分析-对象需要的真正内存

一个对象真正需要的内存是8字节对齐

        //申请开辟内存空间是 16字节对齐
        //class_getInstanceSize 对象需要的真正的内存 8字节对齐
        DCPerson *person = [DCPerson alloc];
        person.name = @"Cloud";
//        person.nickName = @"fish";
        NSLog(@"%@ - %lu - %lu - %lu",person,sizeof(person),class_getInstanceSize([DCPerson class]),malloc_size((__bridge const void *)(person)));
        
2020-10-01 20:11:51.252328+0800 DCTestObjc[89404:480515] <DCPerson: 0x100551d60> - 8 - 40 - 48

5.gif 对象真正需要的内存大小分析.png

calloc流程分析
跟断点会卡在zone->calloc(zone,num_items,size);
此时执行p zone->calloc能找到下一步源码

7.gif

(lldb) p zone->calloc
(void *(*)(_malloc_zone_t *, size_t, size_t)) $0 = 0x00000001002c7bfe (.dylib`default_zone_calloc at malloc.c:331)
(lldb) p zone->calloc
(void *(*)(_malloc_zone_t *, size_t, size_t)) $1 = 0x00000001002cdb0a (.dylib`nano_calloc at nano_malloc.c:878)
(lldb) 

开辟内存16字节对齐

对一个数加上15，右移4位之后再左移4位——>后四位抹零，即16字节对齐

#define SHIFT_NANO_QUANTUM      4
#define NANO_REGIME_QUANTA_SIZE (1 << SHIFT_NANO_QUANTUM  // 16
size_t k, slot_bytes;

    if (0 == size) {
        size = NANO_REGIME_QUANTA_SIZE; // Historical behavior
    }
    k = (size + NANO_REGIME_QUANTA_SIZE - 1) >> SHIFT_NANO_QUANTUM; // round up and shift for number of quanta
    slot_bytes = k << SHIFT_NANO_QUANTUM;                           // multiply by power of two quanta size
    *pKey = k - 1;                                                  // Zero-based!

    return slot_bytes;

calloc源码分析流程.png