iOS底层解析-----NSObject对象的本质

前言
一门语言的掌握必然要经历一个进阶之路，犹如掌握一门绝世武功一样，开始练的都是外功，五花八门但总能解决一些问题，当到中级开始考虑自己功夫多余的架势（犹如程序中冗余的代码，开始封装，简化程序，注意内存优化与CPU消耗，优化代码逻辑），这个时候总希望自己遇到传说中的大神，传授自己绝世内功，让自己迈向新的层次，但大神往往是个传说。大神难遇，只能自己在这条路上继续摸索，在我看来，成为大神的路上，底层是必须要掌握的，这个练的是内功，哪个绝世高手没有一套牛逼哄哄的内功心法，故整理自己学习笔记，目的：一作记录，二作知识分享，三作提醒自己坚持学完底层内容（立个flag，我会坚持写完一套底层知识的笔记，有兴趣的可以关注）。废话不再多说，步入正题。

正文
问题：一个NSObject对象占用多少内存？带着问题开始研究（如果你清晰的知道该问题答案，可思考最下面代码一与二）

一套上层语言到运行基本都是要经历这几个阶段

Objective-C----->C\C++ ----->汇编语言 -----> 机器语言

先明白一个概念 Objective-C 代码，底层都是基于C\C++实现的，而Objective-C 实现面向对象编程的过程 是基于C\C++的数据结构实现的。

Objective-C对象、类 的实现 是基于C\C++ 的结构体来实现的，这就是本文要讨论的NSObject对象

//一个对象的初始化是怎样分配内存的
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

//它最终转成C\C++ 的结构体
struct NSObject_IMPL {
    Class isa; // 8个字节
};

由上可以理解为NSObject 里面有一个isa 的对象，它占用8个字节，是否就可以回答本文提出的问题

如下代码打印该对象所占用内存大小

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

        // 获得NSObject实例对象的成员变量所占用的大小 >> 8
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
        
        // 获得obj指针所指向内存的大小 >> 16
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));
    }
    return 0;
}

代码已作出注解，那么NSObject到底占用多大内存 是8字节 还是16字节 屏幕快照 2019-02-26 下午2.11.57.png

查找IOS class_getInstanceSize 与 malloc_size函数 底层代码可找到以上代码 如果内存大小小于16字节 则默认最小为16字节
故可回答为
系统分配了16个字节给NSObject对象（通过malloc_size函数获取）但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间（64bit环境下，通过class_getInstanceSize函数获取）

思考如下代码1

//如下代码Person类 和 Student类各占了多大内存
//Person
@interface Person : NSObject
{
    @public
    int _age;
}
@end

@implementation Person

@end

// Student
@interface Student : Person
{
    int _no;
}
@end

@implementation Student

@end
------------------------------------------------------
//Person类 和 Student类转化为C/C++结构体如下

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};
//成员变量一个为8字节 一个为int类型 4字节 8+4=12<16 故所占内存为16字节
// 从内存对齐的原理来说：结构体的大小必须是最大成员大小的倍数2 最大为8 故为16字节 后四位空余
struct Person_IMPL {
   struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 8
   int _age; // 4
}; 

//Student类继承自Person类 包含一个int类型的成员变量 故也为16
struct Student_IMPL {
   struct Person_IMPL Person_IVARS; // 16
   int _no; // 4
}; // 16

思考如下代码2

@interface MJPerson : NSObject
{
    int _age;
    int _height;
    int _no;
}
@end

@implementation MJPerson

@end
以上代码分析 
转化为C/C++结构体
struct MJPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; 8
    int _age; 4
    int _height; 4
    int _no; 4 
}; 
计算结构体大小，根据前面的讲解 内存对齐，24它的内存大小应该为24字节
----------------------------------------------
运行如下两个方法

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MJPerson *p = [[MJPerson alloc] init];
        
        NSLog(@"%zd %zd",
              class_getInstanceSize([MJPerson class]), // 结果-->24字节
              malloc_size((__bridge const void *)(p))); // 结果-->32字节
    }
    return 0;
}
问题
为什么实际分配的内存为32字节而不是24字节

在底层分配内存的时候它会调用calloc 函数

屏幕快照 2019-02-26 下午3.20.30.png

calloc 函数的实现

屏幕快照 2019-02-26 下午3.20.51.png

这段代码告诉我们详细的分配方式

屏幕快照 2019-02-26 下午3.21.40.png

以上代码的调用实际会调用下面的一个宏，发现它实际是16的倍数，IOS底层也作了内存对齐的处理，它默认分配大小为16的倍数，这是它认为的最优的内存分配方式，故问题2结构体实际需要内存大小为24字节，而IOS在给它分配内存的时候为16*2=32字节

屏幕快照 2019-02-26 下午3.23.45.png

故总结如下：(实例对象的本质 alloc出来的对象)

创建一个实例对象，至少需要多少内存？
#import<objc/runtime.h>
class_getInstanceSize([NSObject class])

创建一个实例对象，实际上分配了多少内存？
#import<malloc/malloc.h>
malloc_size((_bridge const void *) obj)

后续文章下次发链接关联
从isa指针看继承关系