Objective-C的本质
众说周知，我们平时编写的OC代码，底层都是C/C++实现的
我们可以通过一个终端指令，将我们的OC代码转换成C/C++代码
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc 文件名 -o 输出的CPP文件
例如：
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
思考一：OC的对象、类都是基于C/C++什么数据结构实现的？？
首先看下面代码：
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
@interface Student : NSObject
{
@public
int _age;
int _no;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu->_age = 4;
stu->_no = 5;
NSLog(@"%@", stu);
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
}
return 0;
}
通过终端命令生成.cpp文件
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
我们发现Student和NSObject的底层实现代码如下：
struct Student_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _age;
int _no;
};
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
所以，OC的对象、类都是基于C/C++当中结构体实现的。
那么，一个NSObject对象占用多少内存呢？
通过以上代码，我们发现一个NSObject对象占用的内存大小是一个指针变量所占用的大小（64bit，8个字节。32bit，4个字节）
同样可以通过代码检验
方法一：通过runtime方法检验
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
终端打印结果：
2018-03-13 12:02:26.584356+0800 TestDemo[33726:1665977] 8
方法二：实时查看内存数据
Debug -> Debug Workfllow -> View Memory （Shift + Command + M）
输入内存地址：
同样发现一个Student占16个字节，其中指针占了8个字节
方法三：可以通过lldb命令查看
常用lldb命令
查看结果如下：
(lldb) x/4xw 0x102c0a590
0x102c0a590: 0x000011c9 0x001d8001 0x00000004 0x00000005
还可以通过lldb命令修改对象的值：
类、实例对象、元类（class、instance、meta-class）
类(class)
类：类是现实世界或思维世界中的实体在计算机中的反映，它将数据以及这些数据上的操作封装在一起(百科上的回答)。简单的说就是数据及行为的封装
通过查阅 Apple 官方开源的 objc 源码，可以看到类的数据结构如下：
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
class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
...
...
...（省略）
}
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods; // 方法信息
property_array_t properties; // 属相信息
protocol_array_t protocols; // 协议信息
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
...
...
...（省略）
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize; // 对象占用的内存大小
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name; // 类名
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars; // 成员变量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
};
通过以上代码我们发现Class对象在内存中存储的信息主要包括：
isa指针
superclass指针
属性信息
协议信息
同时我们发现objc_class 继承自 objc_object，哈哈，其实类也是一个对象。。。
NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *obj2 = [[NSObject alloc] init];
Class objClass1 = [obj1 class];
Class objClass2 = [obj2 class];
Class objClass3 = [NSObject class];
Class objClass4 = object_getClass(obj1);
Class objClass5 = object_getClass(obj2);
NSLog(@"\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n", obj1, obj2, objClass1, objClass2, objClass3, objClass4, objClass5);
通过以上试验，我们发现，NSObject生成两个实例对象obj1、obj2，这两个实例对象分布在不同的内存地址，但是他们的Class指针是一样的，所以我们得出以下结论：
objClass1 ~ objClass5都是NSObject的class对象（类对象）
它们是同一个对象。每个类在内存中有且只有一个class对象
实例对象(instance)
对象：对象是具有类类型的变量（百科）。其实对象就是一个类的具体实例。在 Objective-C 中，含有一个 isa 指针并且可以正确指向某个类的数据结构，都可以视作为一个对象，其中 isa 指针指向当前对象所属的类，通过苹果开源的官方文档，同样可以发现它的数据结构，如下代码：
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
public:
// ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
Class ISA();
// getIsa() allows this to be a tagged pointer object
Class getIsa();
// initIsa() should be used to init the isa of new objects only.
// If this object already has an isa, use changeIsa() for correctness.
// initInstanceIsa(): objects with no custom RR/AWZ
// initClassIsa(): class objects
// initProtocolIsa(): protocol objects
// initIsa(): other objects
void initIsa(Class cls /*nonpointer=false*/);
void initClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
void initProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor);
...
...
...（省略）
}
其实上面代码中obj1、obj2就是NSObject生成的两个实例对象，不同的对象分别占据两块不同的内存。
通过查看对象的底层代码，同样可以发现，对象在内存中的存储信息包含：
isa指针
其它成员变量的值等
就比如多个对象存在相同的属性，但是属性的值却存在不同的对象当中。
元类（meta-class）
元类：元类其实就是描述类对象的类。简单的说就是类描述的是对象，而元类描述的是类。所以元类也定义了类的行为（类方法），其实元类的数据结构和类基本相同，只不过元类定义类的行为是类方法（+），而对象是对象方法（-）。原理都是遍历方法列表或者缓存列表
Class objMetaClass1 = objc_getMetaClass("NSObject");
Class objMetaClass2 = object_getClass([NSObject class]);
objMetaClass1、objMetaClass2就是NSObject的meta-class对象（元类对象）
每个类在内存中有且只有一个meta-class对象
meta-class对象和class对象的内存结构是一样的，但是用途不一样，在内存中存储的信息主要包括：
isa指针
superclass指针
类的类方法信息（class method）等
查看class是否为meta-class
BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);
方法的调用流程
通过以上信息我们就了解到了类、对象、元类之间的关系，那么类方法和对象方法的调用过程是怎样的呢？？如下图所示：
instance的isa指向class：
当调用对象方法时，通过instance的isa找到class，最后找到对象方法的实现进行调用
class的isa指向meta-class：
当调用类方法是，通过class的isa找到meta-class,最后找到类方法的实现进行调用
superclass的作用
当一个对象调用父类方法时，其实就是通过isa找到class，然后通过superclass找到父类的class，最后找到对象方法的实现进行调用（类方法调用也是这个原理，通过isa找到meta-class,然后通过superclass找到父类的meta-class，最后找到类对象的实现进行调用）
isa和superclass的调用流程
Greg Parker的一份精彩图谱
通过上图可以总结如下：
instance的isa指向class
class的isa指向meta-class
meta-class的isa指向基类的meta-class
class的superclass指向父类的class
如果没有父类，superclass指针为nil
meta-class的superclass指向父类的meta-class
基类的meta-class的superclass指向基类的class
instance调用对象方法的轨迹，isa找到class，方法不存在，就通过superclass找父类
class调用类方法的轨迹，isa找meta-class，方法不存在，就通过superclass找父类
作者：czj_warrior
链接：https://www.jianshu.com/p/e1993bf4ff58
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