窥探 iOS 对象的本质，在 main.m 中我们有如下代码
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSObject *p = [[NSObject alloc] init];
}
return 0;
}再将 main.m 重写成 c++ 代码
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp打开生成的 main.cpp 文件可以看到
typedef struct objc_object NSObject;
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};由上我们得知，iOS 中对象的本质其实是一个 objc_object 类型的结构体，里面存有一个 isa 指针
我们来看下面这个例子
// 定义一个 MMPerson 类
@interface MMPerson : NSObject
@end
@implementation MMPerson
@end然后再 main.m 中
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "MMPerson.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
MMPerson *p = [[MMPerson alloc] init];
// 获取 MMPerson 这个类实例对象的成员变量所占用内存的大小
NSLog(@"class_getInstanceSize is %zu", class_getInstanceSize([MMPerson class]));
// 获取 p 指针指向内存的大小
NSLog(@"malloc_size is %zu", malloc_size((__bridge const void *)(p)));
}
return 0;
}输出是
那么问题来了，为什么两者输出的是不一样呢，p 这个对象分配出来以后到底是多少呢？带着这个疑问我们看一下 runtime 的源码，我们在 objc-runtime-new.mm 这个文件中看到 _objc_rootAllocWithZone 这个方法
id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone __unused)
{
// allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
}然后在进入 _class_createInstanceFromZone 这个方法里面有一段
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
int construct_flags = OBJECT_CONSTRUCT_NONE,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)
{
...
size_t size;
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}可以看到最终分配内存和这个 size 是有关系的，而这个 size 是通过 cls->instanceSize(extraBytes) 得到的，再去追踪 instanceSize 这个方法，如下
size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
}
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}可以看到里面有一句 if (size < 16) size = 16 ，也就是说系统规定的分配出来的对象的最小值是 16（注释也写了 CF requires all objects be at least 16 bytes），
所以说 malloc_size 方法会输出 16，但是其实 MMPerson 对象只占用了 8 个字节（因为他的实例对象 p 里面只有一个成员变量 isa，占用 8 个字节），MMPerson 实例对象的的内存分配如下
所以总结来说
- 在 64 位系统下，系统分配了 16 字节给 NSObject 对象（通过 malloc_size 函数获得）
- 但是实际上，NSObject 对象只占用了 8 个字节（ 也就是默认的 isa 指针占用的大小，通过 class_getInstanceSize 方法获得）
针对上面问题我们分别将 MMPerson 类添加一、二、三个成员变量
@interface MMPerson : NSObject
{
@public
int _age;// 1
int _number;// 2
int _number2;// 3
}
@endmain.m 如下
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "MMPerson.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
MMPerson *p = [[MMPerson alloc] init];
// 获取 MMPerson 这个类实例对象的成员变量所占用内存的大小
NSLog(@"class_getInstanceSize is %zu", class_getInstanceSize([MMPerson class]));
// 获取 p 指针指向内存的大小
NSLog(@"malloc_size is %zu", malloc_size((__bridge const void *)(p)));
}
return 0;
}最后打印如下
| MMPerson 变量数量（以 int 为例） | class_getInstanceSize 输出 | malloc_size 输出 |
|---|---|---|
| 1 | 16 | 16 |
| 2 | 16 | 16 |
| 3 | 24 | 32 |
为了探索为什么会出现上诉结果，我们以 MMPerson 里面添加 _age、_number 两个成员变量为例，将 main.m 转成 c++ 文件来窥探下 MMPerson 内部结构，输入以下命令
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp可以在 30000 多行的 c++ 代码中找到
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
...
struct MMPerson_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _age;
int _number;
};也就相当于 MMPerson 的底层实现是
struct MMPerson_IMPL {
Class isa;
int _age;
int _number;
};也就是 MMPerson 的实例对象的内存分配如下图
这样我们就理解了，原来底层 MMPerson 对象里面存放着 isa、_age、_number，isa 占用八个字节，两个 int 分别占用四个字节，所以当 MMPerson 中存在两个成员变量（int）时候，class_getInstanceSize 输出 16，malloc_size 输出 16，但是如果只有一个int 成员变量时候 class_getInstanceSize 应该输出 12 啊，三个 int 成员变量时候也应该输出 20 啊，为啥会输出 16 和 24 呢?
其实根本原因是因为 内存对齐！也就是说，MMPerson 对象的本质是一个结构体，结构体自身存在着内存对齐，以其中最大的成员为基准，以 MMPerson 添加一个 _age 成员变量为例，此时 isa 占用 8 个字节，_age 本来只需要占用 4 个字节，但是由于对齐为最大 8 的倍数， 所以 class_getInstanceSize 输出 16。而同样，iOS 系统分配也存在着内存对齐，原则是 16 的倍数，所以当添加三个成员变量的时候，malloc_size 输出是 32。
经过上面的分析，我们可以得出，OC 的对象底层其实就是一个结构体，里面存着 isa 和一些其他的成员变量。