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导言
本系列接《Effective Objective-C 2.0》一书中的系列文章。
后续会继续探讨Objective-C中的以下主题，其中大部分资料参考官方文档、以及MJ小码哥的系列课程：
本文主要针对几个类来窥探实例对象在内存是如何存储的？
我们从成员变量和属性入手，本文相关代码在这儿。我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++代码。所以Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的。
Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的什么数据结构实现的——结构体。
一、 NSObject 占用多少内存
上面有两个函数：
创建一个实例对象，至少需要多少内存？
创建一个实例对象，实际上分配了多少内存？
将Objective-C代码转换为C\C++代码
其中，我们可以发现NSObject转换为C++的底层结构体为：
我们直接通过断点调试也可以发现，obj的确只有一个isa成员变量。
1.1 查看实时内存
下面我们通过查看obj对应的内存，来观察：
从上图中可以看到，从0x1029000a0地址开始的8个字节，是有数据的，后面8个字节，都是0。
根据最开始打印的：
我们猜测，前8个字节就是obj中
isa占用的内存空间，后8个字节，是为了内存对齐而分配的填充字节。1.2 结构体转换
为了验证这个猜测，我们将obj对象转换为对应的结构体：
再次运行，输出结果如下：
从上图我们可以看出：
- obj能转换为
NSObject_IMPL结构体，地址一致；
isa的值为0x1dffffa4575141，与上一次运行一致，且只占8个字节。
- obj最终占用16个字节，其中8个字节分配给
isa，8个字节为内存对齐的填充字节。
- 在这里，为什么是16个字节，需要说明一下，iOS系统会给对象至少分配16n字节的大小。
二、 更复杂的对象：BFPerson
这一次，对象更复杂，而且继承了NSObject，那么其中实例对象中成员变量分配了多少字节，实际占用了多少自己呢？
最后输出：
通过将上面代码转换为C++代码，我们可以得到BFPerson的结构：
其中，
BFPerson_IMPL包含了NSObject_IMPL结构体，所以最后可以规整为：
可以看到，第一个变量还是isa指针，后面跟着我们定义的两个成员变量，及定义的一个属性。
我们知道属性最后会转换一个对应的成员变量，所以总共有三个成员变量。
其中isa，我们知道是一个占用8字节，所以得到下面的各个成员变量的占用字节数：
这和我们打印该实例对象占用的为24个字节相符，但是系统还是给它分配了32个字节。
我们通过两种方式来查看内存中的实例对象，是不是按我们预想的方式存储这些成员变量。
2.1 实时查看内存
如下；
- 查看BFPerson类，jack对象地址0x100683240
- jack实例对象成员对象占用24个字节，系统分配32个字节。
- 实例对象起始8个字节为：71 12 00 00 01 80 1D 00，为
isa值； - 接着4个字节：18 00 00 00，为_age值，即_age = 24；
- 接着4个字节：01 00 00 00，为_male值，即_male=1；
- 紧接着8个字节：00 00 00 00 00 20 67 40，为浮点数185的IEEE表示，即height=185；
- 最后8个字节为填充字节
- 应用于系统对齐，均为0：00 00 00 00 00 00 00 00；
- 非结构体内存对齐，结构体内存对齐，指结构体的内存占用是其中最大内存占用的变量的整数倍，其中
isa占8个字节，但结构体最后占用24字节，已经是其整数倍。
- Mac CPU是小端模式。
- 同样可观察rose对象是否符合预期，不赘述。
2.2 结构体转换
我们通过前面转换C++代码结构体的分析，将jack转换为我们自定义的结构体。
输出如下，可以看到结果完全一致，所以我们的符合我们的猜想。
三、继承的对象：BFProgrammer
继承关系如下：
测试代码如下；
对应的结果：
3.1 结构体
下面我们分析下结果：
对于tony这个程序员：
- 其成员变量大小为32字节，相对于jack这个BFPerson，多了8字节的内存变量。那么这8个字节，用于存放char *company的指针。
- 最后实例内存变量占用32字节，系统实际分配也为32字节。
3.2 company 的内存分析
我们现在更进一步，从内存中直接读取tony的公司名称：Google。
3.2.1 Google 的ASCII字符
Google是个C语言字符串常量，其存储在内存中，采用ASCII字符编码，其最后的结构为：
从上面图中，我们发现tony所在地址为0x103300700，根据其结构体，我们可以知道company所在地址为：
compyan地址 = 0x103300700 + isa+ _age + _male + _height
= 0x103300700 + 8 + 4 + 4 + 8
= 0x103300718
3.2.2 lldb查看内存
对应的指令如下：
3.2.3 分析
- 32字节成员变量，均符合分析；
- company字符指针地址为0x0000000100000f52，指向
Google字符串，Google占7个字节，注意是7个字节，最后一个字符为'\0'；
- 注意大小端的书写方式，不要写反，或者读错。
- lldb显示的为正常可读的大端模式，及高位显示高字节，低位显示低字节；
- 内存中显示为小端模式，52 0F 00 00 01 00 00 00，改为我们正常的读写大端模式：0x0000000100000f52。即从右向左读取每个字节即可。
四、源码分析
下面我们分析上面我们常用的打印语句：
4.1 alloc
[NSObject alloc]代码调用流程：
- calloc返回的为最后内存分配的字节数
_class_createInstanceFromZone中的size是从instanceSize获取；_class_createInstanceFromZone中的size 是实例变量占用的空间，不是最后分配的内存空间；_class_createInstanceFromZone中的size 是经过结构体字节对齐的空间（instanceSize为字节对齐的空间）；
instanceSize获取的是alignedInstanceSize。- 当
alignedInstanceSize小于16字节，会补齐为16字节。 - _class_createInstanceFromZone中size = 16
- 当
alignedInstanceSize大于16字节，直接返回alignedInstanceSize - _class_createInstanceFromZone中的size = alignedInstanceSize
可以看到，其中当上图最后一步中的alignedInstanceSize，即经过结构体字节对齐后字节仍小于16字节，就会补齐为16字节。
为什么需要补齐16字节呢？
代码文档有一行注释：
CF requires all objects be at least 16 bytes.
或者我们可以理解为OC对象为了提高系统分配及查找地址的效率，而做的一个这样的规定。
这也是上面第一个实例NSObject分析中，为什么实例对象实际占用8字节，会分配16字节的原因。alignedInstanceSize实际实际返回8字节，但calloc中的时候，size为16字节。
4.2 class_getInstanceSize
可以看出，
class_getInstanceSize最后返回的就是上面所说的，经过字节对齐，但是在alloc中calloc之前的大小。所以我们看到其实际返回的是成员变量实际需要的空间大小。
4.3 calloc
calloc代码在另外一个库中——libmalloc。其中源码比较难以理解，所以直接给出结论。
calloc返回的是系统实际分配的内存，最后返回的大小一定是16的倍数；
- 所以BFPerson实例中，成员变量占24字节，但最后经过calloc返回的是32字节（16*2）；
- malloc_size返回的是对象指针所指向的大小，就是calloc实际分配的内存大小；
extern size_t malloc_size(const void *ptr);
/ Returns size of given ptr /
五、查看内存
5.1 LLDB
LLDB的使用请参考：待上传--iOS调试（二）LLDB
5.2 View Memory
Debug -> Debug Workfllow -> View Memory （Shift + Command + M）
参考
链接
示例源码
- 作者:NotionNext
- 链接:https://tangly1024.com/article/objc01
- 声明:本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议，转载请注明出处。
