對(duì)李明杰老師底層班視頻學(xué)習(xí)的總結(jié)與記錄。
面試題部分，通過(guò)對(duì)面試題的分析探索問(wèn)題的本質(zhì)內(nèi)容
面試題：一個(gè)NSObject對(duì)象占用多少內(nèi)存？
探尋OC對(duì)象的本質(zhì)，我們平時(shí)編寫(xiě)的Objective-C代碼，底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)都是C\C++代碼。
OC的對(duì)象結(jié)構(gòu)都是通過(guò)基礎(chǔ)C\C++的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的。
我們通過(guò)創(chuàng)建OC文件及對(duì)象，并將OC文件轉(zhuǎn)化為C++文件來(lái)探尋OC對(duì)象的本質(zhì)
OC如下代碼
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
我們通過(guò)命令行將OC的mian.m文件轉(zhuǎn)化為c++文件。
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp // 這種方式?jīng)]有指定架構(gòu)例如arm64架構(gòu) 其中cpp代表（c plus plus）
生成 main.cpp
我們可以指定架構(gòu)模式的命令行，使用xcode工具 xcrun
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
生成 main-arm64.cpp
main-arm64.cpp 文件中搜索NSObjcet，可以找到NSObjcet_IMPL（IMPL代表 implementation 實(shí)現(xiàn)）
我們看一下NSObject_IMPL內(nèi)部
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
// 查看Class本質(zhì)
typedef struct objc_class *Class;
我們發(fā)現(xiàn)Class其實(shí)就是一個(gè)指針，對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是這個(gè)樣子。
思考： 一個(gè)OC對(duì)象在內(nèi)存中是如何布局的。
NSObjcet的底層實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)擊NSObjcet進(jìn)入發(fā)現(xiàn)NSObject的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)
@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
@end
轉(zhuǎn)化為c語(yǔ)言其實(shí)就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
那么這個(gè)結(jié)構(gòu)體占多大的內(nèi)存空間呢，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)體只有一個(gè)成員，isa指針，而指針在64位架構(gòu)中占8個(gè)字節(jié)。也就是說(shuō)一個(gè)NSObjec對(duì)象所占用的內(nèi)存是8個(gè)字節(jié)。到這里我們已經(jīng)可以基本解答第一個(gè)問(wèn)題。但是我們發(fā)現(xiàn)NSObject對(duì)象中還有很多方法，那這些方法不占用內(nèi)存空間嗎？其實(shí)類(lèi)的方法等也占用內(nèi)存空間，但是這些方法所占用的存儲(chǔ)空間并不在NSObject對(duì)象中。
為了探尋OC對(duì)象在內(nèi)存中如何體現(xiàn)，我們來(lái)看下面一段代碼
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
上面一段代碼在內(nèi)存中如何體現(xiàn)的呢？上述一段代碼中系統(tǒng)為NSObject對(duì)象分配8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間，用來(lái)存放一個(gè)成員isa指針。那么isa指針這個(gè)變量的地址就是結(jié)構(gòu)體的地址，也就是NSObjcet對(duì)象的地址。
假設(shè)isa的地址為0x100400110，那么上述代碼分配存儲(chǔ)空間給NSObject對(duì)象，然后將存儲(chǔ)空間的地址賦值給objc指針。objc存儲(chǔ)的就是isa的地址。objc指向內(nèi)存中NSObject對(duì)象地址，即指向內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)體，也就是isa的位置。
自定義類(lèi)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)
@interface Student : NSObject{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
@implementation Student
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu -> _no = 4;
stu -> _age = 5;
NSLog(@"%@",stu);
}
return 0;
}
@end
發(fā)現(xiàn)第一個(gè)是 NSObject_IMPL的實(shí)現(xiàn)。而通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們知道NSObject_IMPL內(nèi)部其實(shí)就是Class isa
那么我們假設(shè) struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; 等價(jià)于 Class isa;
可以將上述代碼轉(zhuǎn)化為
struct Student_IMPL {
Class *isa;
int _no;
int _age;
};
因此此結(jié)構(gòu)體占用多少存儲(chǔ)空間，對(duì)象就占用多少存儲(chǔ)空間。因此結(jié)構(gòu)體占用的存儲(chǔ)空間為，isa指針8個(gè)字節(jié)空間+int類(lèi)型_no4個(gè)字節(jié)空間+int類(lèi)型_age4個(gè)字節(jié)空間共16個(gè)字節(jié)空間
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu -> _no = 4;
stu -> _age = 5;
那么上述代碼實(shí)際上在內(nèi)存中的體現(xiàn)為，創(chuàng)建Student對(duì)象首先會(huì)分配16個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)3個(gè)東西，isa指針8個(gè)字節(jié)，4個(gè)字節(jié)的_no ,4個(gè)字節(jié)的_age
stu對(duì)象的3個(gè)變量分別有自己的地址。而stu指向isa指針的地址。因此stu的地址為0x100400110，stu對(duì)象在內(nèi)存中占用16個(gè)字節(jié)的空間。并且經(jīng)過(guò)賦值，_no里面存儲(chǔ)4 ，_age里面存儲(chǔ)5
驗(yàn)證Student在內(nèi)存中模樣
struct Student_IMPL {
Class isa;
int _no;
int _age;
};
@interface Student : NSObject
{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
@implementation Student
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// 強(qiáng)制轉(zhuǎn)化
struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
NSLog(@"_no = %d, _age = %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age); // 打印出 _no = 4, _age = 5
}
return 0;
}
上述代碼將oc對(duì)象強(qiáng)轉(zhuǎn)成Student_IMPL的結(jié)構(gòu)體。也就是說(shuō)把一個(gè)指向oc對(duì)象的指針，指向這種結(jié)構(gòu)體。由于我們之前猜想，對(duì)象在內(nèi)存中的布局與結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存中的布局相同，那么如果可以轉(zhuǎn)化成功，說(shuō)明我們的猜想正確。由此說(shuō)明stu這個(gè)對(duì)象指向的內(nèi)存確實(shí)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。
實(shí)際上想要獲取對(duì)象占用內(nèi)存的大小，可以通過(guò)更便捷的運(yùn)行時(shí)方法來(lái)獲取。
class_getInstanceSize([Student class])
NSLog(@"%zd,%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]) ,class_getInstanceSize([Student class]));
// 打印信息 8和16
窺探內(nèi)存結(jié)構(gòu)
實(shí)時(shí)查看內(nèi)存數(shù)據(jù)
方式一：通過(guò)打斷點(diǎn)。
Debug Workflow -> viewMemory address中輸入stu的地址
從上圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)從高位數(shù)據(jù)開(kāi)始讀，查看前16位字節(jié)，每四個(gè)字節(jié)讀出的數(shù)據(jù)為
16進(jìn)制 0x0000004(4字節(jié)) 0x0000005(4字節(jié)) isa的地址為 00D1081000001119(8字節(jié))
方式二：通過(guò)lldb指令xcode自帶的調(diào)試器
memory read 0x10074c450
// 簡(jiǎn)寫(xiě) x 0x10074c450
// 增加讀取條件
// memory read/數(shù)量格式字節(jié)數(shù) 內(nèi)存地址
// 簡(jiǎn)寫(xiě) x/數(shù)量格式字節(jié)數(shù) 內(nèi)存地址
// 格式 x是16進(jìn)制，f是浮點(diǎn)，d是10進(jìn)制
// 字節(jié)大小 b：byte 1字節(jié)，h：half word 2字節(jié)，w：word 4字節(jié)，g：giant word 8字節(jié)
示例：x/4xw // /后面表示如何讀取數(shù)據(jù) w表示4個(gè)字節(jié)4個(gè)字節(jié)讀取，x表示以16進(jìn)制的方式讀取數(shù)據(jù)，4則表示讀取4次
同時(shí)也可以通過(guò)lldb修改內(nèi)存中的值
memory write 0x100400c68 6
將_no的值改為了6
那么一個(gè)NSObject對(duì)象占用多少內(nèi)存？
NSObjcet實(shí)際上是只有一個(gè)名為isa的指針的結(jié)構(gòu)體，因此占用一個(gè)指針變量所占用的內(nèi)存空間大小，如果64bit占用8個(gè)字節(jié)，如果32bit占用4個(gè)字節(jié)。
更復(fù)雜的繼承關(guān)系
面試題：在64位環(huán)境下， 下面代碼的輸出內(nèi)容？
/* Person */
@interface Person : NSObject
{
int _age;
}
@end
@implementation Person
@end
/* Student */
@interface Student : Person
{
int _no;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"%zd %zd",
class_getInstanceSize([Person class]),
class_getInstanceSize([Student class])
);
}
return 0;
}
這道面試題的實(shí)質(zhì)是想問(wèn)一個(gè)Person對(duì)象，一個(gè)Student對(duì)象分別占用多少內(nèi)存空間？
我們依據(jù)上面的分析與發(fā)現(xiàn)，類(lèi)對(duì)象實(shí)質(zhì)上是以結(jié)構(gòu)體的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，畫(huà)出真正的內(nèi)存圖例
我們發(fā)現(xiàn)只要是繼承自NSObject的對(duì)象，那么底層結(jié)構(gòu)體內(nèi)一定有一個(gè)isa指針。
那么他們所占的內(nèi)存空間是多少呢？單純的將指針和成員變量所占的內(nèi)存相加即可嗎？上述代碼實(shí)際打印的內(nèi)容是16 16，也就是說(shuō)，person對(duì)象和student對(duì)象所占用的內(nèi)存空間都為16個(gè)字節(jié)。
其實(shí)實(shí)際上person對(duì)象確實(shí)只使用了12個(gè)字節(jié)。但是因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊的原因。使person對(duì)象也占用16個(gè)字節(jié)。
編譯器在給結(jié)構(gòu)體開(kāi)辟空間時(shí)，首先找到結(jié)構(gòu)體中最寬的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型，然后尋找內(nèi)存地址能是該基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的整倍的位置，作為結(jié)構(gòu)體的首地址。將這個(gè)最寬的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的大小作為對(duì)齊模數(shù)。
為結(jié)構(gòu)體的一個(gè)成員開(kāi)辟空間之前，編譯器首先檢查預(yù)開(kāi)辟空間的首地址相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移是否是本成員的整數(shù)倍，若是，則存放本成員，反之，則在本成員和上一個(gè)成員之間填充一定的字節(jié)，以達(dá)到整數(shù)倍的要求，也就是將預(yù)開(kāi)辟空間的首地址后移幾個(gè)字節(jié)。
我們可以總結(jié)內(nèi)存對(duì)齊為兩個(gè)原則：
原則 1. 前面的地址必須是后面的地址正數(shù)倍,不是就補(bǔ)齊。
原則 2. 整個(gè)Struct的地址必須是最大字節(jié)的整數(shù)倍。
通過(guò)上述內(nèi)存對(duì)齊的原則我們來(lái)看，person對(duì)象的第一個(gè)地址要存放isa指針需要8個(gè)字節(jié)，第二個(gè)地址要存放_(tái)age成員變量需要4個(gè)字節(jié)，根據(jù)原則一，8是4的整數(shù)倍，符合原則一，不需要補(bǔ)齊。然后檢查原則2，目前person對(duì)象共占據(jù)12個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，不是最大字節(jié)數(shù)8個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍，所以需要補(bǔ)齊4個(gè)字節(jié)，因此person對(duì)象就占用16個(gè)字節(jié)空間。
而對(duì)于student對(duì)象，我們知道sutdent對(duì)象中，包含person對(duì)象的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)，和一個(gè)int類(lèi)型的_no成員變量，同樣isa指針8個(gè)字節(jié)，_age成員變量4個(gè)字節(jié)，_no成員變量4個(gè)字節(jié)，剛好滿足原則1和原則2，所以student對(duì)象占據(jù)的內(nèi)存空間也是16個(gè)字節(jié)。
文中如有總結(jié)不對(duì)、不到位的地方歡迎指出。謝謝~
