iOS 底层探索： 学习大纲 OC篇

前言

• 这篇主要内容通过创建实例对象，分析对象的内存结构，从而引入内存对齐原则，没有废话直接开干。

经过一些配置，真机运行 ，开始分析实例对象的内存情况，然后来到如下调试界面

其实 0x0000001c00006261 是需要拆分看的

• 1c ：是16进制转10进制 就是 28
• 61、62 ： 分别是a、b的ASCII编码

为什么会把三个值放在一段内存里面呢？别急 再来几张图

赋值后.png

交换属性后1.png

交换属性后2.png

不赋值.png

没有属性.png

经过对比，我们发现：

• 1.实例对象在创建的时候，系统应该就会分配对应的内存空间。
• 2.属性多少影响了内存的分配；
• 3.系统给实例对象分配的内存空间大小是16的整数倍而不是8的整数倍。

那么问题了 我们可以提问：

  问题1：对象的内存大小是如何来的？
  问题2：为什么没有属性的时候对象只需要8字节呢而系统给实例对象分配16个字节?
  问题3：属性如何影响了内存的分配？

回答第一个问题：查看上一篇iOS 探索alloc&init

在runtime源码中的_class_createInstanceFromZone方法中，就可以看出在alloc的时候就已经开始开辟内存了。

源代码里面逐步跳转就可以得到内存开辟的步骤了
-> instanceSize
-> alignedInstanceSize
-> word_align(unalignedInstanceSize())

• 1.size_t instanceSize(size_t extraBytes)
  —— 获取类的大小

• 2.alignedInstanceSize()
  —— 获取类所需要的内存大小；

• 3.调用calloc或者malloc_zone_calloc函数是需要传入size参数；

• 4.unalignedInstanceSize()—> data()—>ro->instanceSize就是获取这个类所有属性内存的大小。这里只有继承NSObject的一个属性isa——返回8字节；

• 5.word_align
  —— 顾名思义，字节对齐——64位系统下，对象大小采用8字节对齐；

回答第二个问题：

CoreFoundation 框架要求所有对象至少分配16个字节。结合问题1，就算对象是8字节对齐，但是当实例对象不足16个字节，系统分配给16个字节，属于系统的硬性规定。

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;
   }

回答第三个问题前：

我们验证一个问题 , 如下图:

改变属性位置.png

注：对象的内存对齐来自于结构体成员变量的内存排列计算

探索内存对齐之前，首先我们先稍微了解一下类和对象的本质

oc对象的本质就是一个结构体
对象的本质是结构体，而id，是指向这个结构体的指针，
也就是我们平时Person *p = [Person alloc] init]; 的话，
代表我们创建了一个Person对象分配了地址，
并且把他的地址给了p这个指针，我们是通过p来操作对象，
或者说p代表了对象，但p并不是对象本身。
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
 
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
 
/// A pointer to an instance of a class.
同样的，类的本质也是结构体（其实类也是一个对象，我们称之为类对象），
而Class是指向这个结构体的指针

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
 
#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
 
}

知道了NSObject对象的底层数据结构是结构体。之后 我们探索一下结构体的内部元素是如何影响结构体的内存大小，普及一个字节大小的知识点

字节大小.png

开始计算结构体的内存大小 如下图

计算结构体的内存大小.png

内存对齐原则:

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=9 n=4 那么 9 10 11 12、 就要从12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

结构体内存对齐原则其实可以简单理解为min(m,n)——m为当前开始的位置，n为所占位数。当m是n的整数倍时，条件满足；否则m位空余，m+1，继续min算法。

注：经过结构体大小的演算会发现，随着结构体成员变量的位置改变，其结构体遵循了内存对齐之后，其结构体大小发生了改变，并且结构体的最终的大小需要是8的整数倍,然而在实例对象person中却没有发生变化呢？？

因为系统级别做了优化：

1.二进制重排
二进制重排——将最经常执行的代码或最需要关键执行的代码（如启动阶段的顺序调用）聚合在一起，将无关紧要的代码放在较低的优先级，形成一个更紧凑的__TEXT段

2.内存优化
如果按照对象默认声明的属性顺序进行内存分配，在进行属性的8字节对齐时会浪费大量的内存空间，所以这里系统会把对象的属性重新排列，以此来最大化利用我们的内存空间——与二进制重排有着异曲同工之妙

针对于oc对象 系统进行内存优化: 属性重排 并且是16字节对齐。
（个人理解：因为16是上述 1 2 4 8的倍数，并且16可以让多种1 ,2, 4的 内存的重排方式 节省空间，并且提高容错率，提高计算速度，提高了程序的运行速度）

16字节对齐来源于 系统实际分配内存的大小方法： malloc_size（）。