Objective-C基础教程，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-sdkiphoneosclang-archarm64-rewrite-objcmain.m-omain.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 

#import 

@interfaceStudent: NSObject

{

@public

int_age;

int_no;

}

@end

@implementationStudent

@end

intmain( intargc, constc har* argv[]) {

@autoreleasepool{

Student *stu = [[Student alloc] init];

stu->_age = 4;

stu->_no = 5;

NSLog( @"%@", stu);

NSLog( @"%zd", class_getInstanceSize([ NSObjectclass]));

NSLog( @"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));

}

return0;

}

通过终端命令生成.cpp文件

xcrun-sdkiphoneosclang-archarm64-rewrite-objcmain.m-omain.cpp

我们发现Student和NSObject的底层实现代码如下：

structStudent_IMPL{

structNSObject_IMPLNSObject_IVARS;

int_age;

int_no;

};

structNSObject_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([ NSObjectclass]));

终端打印结果：

2018 -03-1312 :02:26.584356+0800TestDemo[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：

structobjc_class:objc_object {

// Class ISA;

Class superclass;

cache_tcache; // formerly cache pointer and vtable

class_data_bits_tbits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags

class_rw_t*data() {

returnbits.data();

}

voidsetData(class_rw_t*newData){

bits.setData(newData);

}

...

...

...（省略）

}

structclass_rw_t{

// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.

uint32_tflags;

uint32_tversion;

constclass_ro_t*ro;

method_array_tmethods; // 方法信息

property_array_tproperties; // 属相信息

protocol_array_tprotocols; // 协议信息

Class firstSubclass;

Class nextSiblingClass;

...

...

...（省略）

structclass_ro_t{

uint32_tflags;

uint32_tinstanceStart;

uint32_tinstanceSize; // 对象占用的内存大小

#ifdef__LP64__

uint32_treserved;

#endif

constuint8_t* ivarLayout;

constc har* name; // 类名

method_list_t* baseMethodList;

protocol_list_t* baseProtocols;

constivar_list_t* ivars; // 成员变量列表

constuint8_t* weakIvarLayout;

property_list_t*baseProperties;

method_list_t*baseMethods() const{

returnbaseMethodList;

}

};

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 = [[ NSObjectalloc] init];

NSObject*obj2 = [[ NSObjectalloc] init];

Class objClass1 = [obj1 class];

Class objClass2 = [obj2 class];

Class objClass3 = [ NSObjectclass];

Class objClass4 = object_getClass(obj1);

Class objClass5 = object_getClass(obj2);

NSLog( @"%p%p%p%p%p%p%p", 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：

structobjc_object{

private:

isa_tisa;

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

voidinitIsa(Class cls /*nonpointer=false*/);

voidinitClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);

voidinitProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);

voidinitInstanceIsa(Class cls, boolhasCxxDtor);

...

...

...（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

ClassobjMetaClass1 = objc_getMetaClass( "NSObject");

ClassobjMetaClass2 = 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

BOOLresult = class_isMetaClass([ NSObjectclass]);

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