前言
- 上一篇我們分析了alloc&init&New的實現(xiàn)，創(chuàng)建一個對象實際上返回了一個id類型的obj，今天讓我們來剖析這個obj。
目錄
目錄.png
簡介
今天我們來從以下3個問題入手來探究OC對象：
- OC對象是什么
- OC對象包含什么
- 如何計算OC對象所占內(nèi)存大小
OC對象是什么？
上一篇中我們分析alloc最終返回了一個id類型的obj帆离。
從源碼入手分析obj，objc源碼中的object.mm
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
objc.h
/// Represents an instance of a class.
// objc_object 的聲明
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
objc-private.h：
// objc_object 的實現(xiàn)
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
以下是一些函數(shù)结澄，省略
...
}
// isa_t的定義哥谷，一個聯(lián)合體，值為cls或者bits
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
其中uintptr_t是一個unsigned long類型麻献，定義如下
typedef unsigned long uintptr_t;
objc-runtime-new.h :
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
以下是一些函數(shù)们妥，省略
...
}
- 結(jié)合源碼我們知道，OC對象是objc_object的結(jié)構(gòu)體勉吻，包含了一個聯(lián)合體類型的成員isa监婶，isa的值可能是cls或者bits，cls是指針類型餐曼，占8字節(jié)压储，bits是unsigned long類型鲜漩，占8字節(jié)源譬，由此得到isa占大小為8字節(jié)集惋。
- 另外根據(jù)源碼，我也知道了類是一個objc_class的結(jié)構(gòu)體踩娘，objc_class繼承自objc_object刮刑，說明類也是一個對象。
OC對象包含什么
我們已經(jīng)知道了OC對象是一個objc_object類型的結(jié)構(gòu)體养渴，里面包含一個聯(lián)合體isa雷绢，那么isa究竟是什么？
- 關(guān)于isa_t的具體分析理卑，我在C語言位域詳解和實例分析中的isa_t位域分析里有詳細介紹翘紊，大家可以參考一下，里面對**位域 **也進行了詳細的介紹藐唠。
- 總結(jié)概述帆疟，isa_t聯(lián)合體有3個成員，3個成員cls\bit\匿名結(jié)構(gòu)體s共同占用8字節(jié)的內(nèi)存空間宇立，8個字節(jié)空間存儲著對象踪宠、類等的一些信息,通過匿名結(jié)構(gòu)體里面的位域，可以獲取到這些信息妈嘹。
對象所占的內(nèi)存空間
關(guān)于對象所占的內(nèi)存空間柳琢，嚴格上講是對象的指針所指向的結(jié)構(gòu)體所占的內(nèi)存空間。
系統(tǒng)提供了2個api獲取有關(guān)對象內(nèi)存空間的大小润脸，我們看看如下例子：
創(chuàng)建Person繼承NSObject:
Person.h
@interface Person : NSObject
@end
Person.m
@implementation Person
@end
我們在main.m中添加
Person *person = [Person alloc];
FHLog(@"class_getInstanceSize: is %ld ",class_getInstanceSize([person class]));
FHLog(@"malloc_size:%ld ",malloc_size((__bridge const void*)person));
log打印如下：
class_getInstanceSize: is 8
malloc_size:16
class_getInstanceSize和malloc_size究竟代表什么呢柬脸？
- class_getInstanceSize輸出的是對象實例經(jīng)過內(nèi)存對齊后的占用的大小洁灵，
- malloc_size輸出的是對象實際占用內(nèi)存空間的大小宾巍，即系統(tǒng)實際分配給對象的內(nèi)存空間的大小。
class_getInstanceSize
從源碼分析丛晦，相關(guān)的源碼如下：
size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
if (!cls) return 0;
return cls->alignedInstanceSize();
}
// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
// 類的實例對象的成員變量的大小
uint32_t alignedInstanceSize() {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
// 相當于(x+7)>>3 <<3尔苦，保證>=8且按8的倍數(shù)對齊
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
# define WORD_MASK 7UL
// May be unaligned depending on class's ivars.
// 根據(jù)類的實例變量可能會進行內(nèi)存對齊處理
uint32_t unalignedInstanceSize() {
assert(isRealized());
return data()->ro->instanceSize;
}
- 這里說明一下data()->ro->instanceSize涩馆，data()是objc_class的bits.data()，data()->ro->instanceSize的大小的在編譯的時候就已經(jīng)確定了允坚，和類中成員變量以及對齊系數(shù)有關(guān)魂那，默認是8的倍數(shù)，具體涉及到了內(nèi)存對齊的知識稠项。關(guān)于內(nèi)存對齊涯雅，請看帶你深入理解iOS-內(nèi)存對齊。
- 由于unalignedInstanceSize() 可能受對齊系數(shù)的影響展运，得到的值可能不是8的倍數(shù)活逆，需要word_align()保證返回的值為8的倍數(shù)精刷。
- 我們的Person雖然沒定義成員變量，但是Person繼承自NSObject蔗候，實際上是一個objc_Objec類型的結(jié)構(gòu)體怒允，但是里面包含一個聯(lián)合體類型的isa，isa前面我們分析锈遥，所占大小為8字節(jié)纫事，所以輸出class_getInstanceSize: is 8。
malloc_size
- malloc_size返回的是指針所指向的內(nèi)存空間所占的大小所灸，即系統(tǒng)實際分配的大小丽惶。
在第一篇我們分析alloc流程時候，在_class_createInstanceFromZone里有
id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)
{
.....
// 1.根據(jù)extraBytes計算對象的內(nèi)存空間大小
size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
···
// 2.根據(jù)計算的size為obj申請分配內(nèi)存
obj = (id)calloc(1, size);
.....
}
其中cls->instanceSize實現(xiàn)如下：
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;
}
- extraBytes通常為0爬立，cls->instanceSize返回值按8字節(jié)對齊钾唬，并且保證最小值為16，所以size最小為16侠驯。
- 調(diào)用calloc函數(shù)向系統(tǒng)申請分配內(nèi)存抡秆，calloc的對輸入的size按16字節(jié)對齊方式開辟內(nèi)存空間開辟大小：size+15>>4<<4陵霉，保證size>=16且為16的倍數(shù)（calloc的源碼實現(xiàn)在libmalloc項目里琅轧，這里暫不深入libmalloc里中calloc源碼實現(xiàn)）。
- 由于Person只包含一個聯(lián)合體isa,因此malloc_size:16踊挠。
我們?yōu)楦膭覲erson測試如下：
Person.h
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;
@end
輸出：
class_getInstanceSize: is 16
malloc_size:16
Person.h
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) int height;
@property (nonatomic, assign) bool isHealthy;
@end
輸出：
class_getInstanceSize: is 24
malloc_size:32
與我們的分析一致乍桂。
- 總結(jié)：OC中的繼承自NSObject的對象所占內(nèi)存空間大小，首先根據(jù)成員變量和內(nèi)存對齊規(guī)則效床，得到實例變量所占的空間大小size睹酌，然后調(diào)用calloc輸入size，按16字節(jié)對齊最后得到實際開辟的內(nèi)存空間的大小剩檀。
總結(jié)
- OC對象是什么憋沿？
答：OC對象是一個objc_object類型的結(jié)構(gòu)體 - OC對象包含什么？
答：OC對象是一個objc_object類型的結(jié)構(gòu)體沪猴，包含一個聯(lián)合體類型的isa - OC對象所占內(nèi)存大小的的計算實現(xiàn)辐啄？
答：OC對象實際占用內(nèi)存大小（即系統(tǒng)分配的內(nèi)存大性耸取）壶辜，先根據(jù)對象的成員屬性按8字節(jié)計算得到對象成員對齊大小（alignmentSize）担租，再把alignmentSize按照16字節(jié)對齊計算得到對象分配內(nèi)存大性颐瘛（allocSize）。
思考
- 為什么要按為對象分配內(nèi)存空間按16字節(jié)對齊？
從提高尋址效率和內(nèi)存空間綜合考慮岭参。
