面向对象

一. OC的本质

• 我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++代码；

OC本质

• Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的结构体实现的
  【因为只有结构体才能容纳不同的东西（比如字段、方法）】

• 将Objective-C代码转换为C\C++代码
  xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
  如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit

1.NSObject的底层实现

• OC对象本质是一个结构体；这个结构体里面有一个名叫isa的结构体指针。

• isa指针的地址就是这个oc对象的地址。

  
  
  

  OC对象的本质

一个NSObject对象占用多少内存？

• 系统分配了16个字节给NSObject对象（通过malloc_size函数获得）
• 但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间（64bit环境下，可以通过class_getInstanceSize函数获得）（这8个字节分配给isa指针）

2.NSObject对象的本质

NSObject里面存放了isa指针和成员变量；
没有存放方法；

创建student对象继承NSObject

NSObject对象

• student对象的大小占用16个字节：8个字节（父类的大小：isa指针大小）+4个字节*2（两个int类型，每个int类型占用4个字节)。
• 一个对象占用的大小 = 父类的大小+子类里面字段的大小。
• 占用的最小是16个字节，如果不够16，系统会自动补齐为16个字节
• 为了内存对齐。结构体的大小，占用的字节必须是最大成员（8个字节）的倍数。配合iOS操作系统，分配的内存空间是16的倍数

思考：创建一个Person：NSObeject，Student：Person。一个Person对象、一个Student对象占用多少内存空间？

继承结构

继承结构

1. 一个NSObject分配了16个字节，使用了8个字节；
2. Person对象大小为NSobect使用字节的大小8 + _age大小 4 = 12，为了对齐，所以结构体占用了16个字节；
3. Student对象大小为Person使用的大小12个字节+_no大小4 = 16个字节，刚好是16的倍数，所以不进行补齐。所以Student占用了16个字节。

思考：创建一个Person：NSObeject，里面创建三个int类型的成员变量。一个Persont对象占用多少内存空间？

image.png

image.png

1. 8个字节+ 4个字节 * 3 = 20 个字节。为了结构体对齐，需要是8的倍数。所以是占用了24个字节；
   2.但是为了操作系统的对齐，分配的空间需要是16的倍数，所以是32个字节。

• 创建一个实例对象，至少需要多少内存？（结构体至少需要的内存，8的倍数；占用的字节）
  -#import
  class_getInstanceSize([NSObject class]);

• 创建一个实例对象，实际上分配了多少内存？（分配的空间，16的倍数）
  -#import
  malloc_size((__bridge const void *)obj);

二.OC对象的分类

• Objective-C中的对象，简称OC对象，主要可以分为3种
  1.instance对象（实例对象）
  2.class对象（类对象）
  3.meta-class对象（元类对象）

1. instance对象（实例对象）

instance对象就是通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象

instance对象在内存中存储的信息包括：
1.isa指针
2.其他成员变量

两个NSObject对象

object1、object2是NSObject的instance对象（实例对象）

• 它们是不同的两个对象，分别占据着两块不同的内存

2. class对象（类对象）

class对象的获取

• objectClass1 ~ objectClass5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

class对象在内存中存储的信息主要包括:

1. isa指针
2. superclass指针
3. 类的属性信息（@property）、类的对象方法信息（instance method）
4. 类的协议信息（protocol）、类的成员变量信息（ivar）
   这里的属性是指它的类型、名等信息；

class类对象.png

3. meta-class对象（元类对象）

把类对象传进去，就可以获得元类对象

获取元类

• objectMetaClass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
1.isa指针
2.superclass指针
3.类的类方法信息（class method）
......

元类对象.png

以下代码获取的objectClass是class对象，并不是meta-class对象(通过class获得的都是类对象)

获取类对象

判断是否为元类

三.isa指针

1. isa指针

isa指针

instance的isa指向class(类对象)
当调用对象方法时，通过instance的isa找到class（类对象），最后找到对象方法的实现进行调用

class(类对象)的isa指向meta-class（元类）
当调用类方法时，通过class（类对象）的isa找到meta-class（元类），最后找到类方法的实现进行调用

2. superclass

2.1 类对象的superclass指针

类对象的superclass指向其父类的类对象；
如下：创建Person：NSObject；Student：Person
Student类对象superclass指向Person的类对象，Person类对象的superclass指向NSObject的类对象。

superclass指向

• superclass用处：
  当Student的instance对象要调用Person的对象方法时，会先通过isa找到Student的class，然后通过superclass找到Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用;

如下：student实例对象调用父类person的test方法。
student实例对象通过isa指针找到student类对象；
student类对象通过superclass找到person类对象；
调用person类对象里面的test方法。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        Student *student = [[Student alloc] init];
        [student test];
        [student personInstanceMethod];
        [student init];
        
        [Student studentClassMethod];
        [Student personClassMethod];
        [Student load];
        [Student abc];
      
    }

Person:
@interface Person : NSObject 
{
    @public
    int _age;
}
@property (nonatomic, assign) int no;
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end

@implementation Person

- (void)test
{
    
}

- (void)personInstanceMethod
{
    
}
+ (void)personClassMethod
{
    
}
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
    return nil;
}
@end

Student:
@interface Student : Person 
{
@public
    int _weight;
}
@property (nonatomic, assign) int height;
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end

@implementation Student
- (void)test
{
    
}
- (void)studentInstanceMethod
{
    
}
+ (void)studentClassMethod
{
    
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    return nil;
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    
}
@end
    return 0;
}

2.2 元类对象的superclass指针

meta-class(元类)对象的superclass指针，指向父类的元类对象

元类对象的isa指针

-superclass指针用处：
当Student的class要调用Person的类方法时，会先通过isa找到Student的meta-class，然后通过superclass找到Person的meta-class，最后找到类方法的实现进行调用

如上面的例子中：
Student调用Person的类方法personClassMethod： [Student personClassMethod];

Student类对象通过isa指针找到Student的元类对象；
Student的元类对象通过superclass指针找到Person的元类对象；

3. 方法的调用流程:

isa-superclass.png

isa：

• instance（实例对象）的isa指向class（类对象）
• class（类对象）的isa指向meta-class（元类对象）
• meta-class（元类对象）的isa指向基类的meta-class（元类对象）
• 基类的元类对象的isa指向自己（基类的元类对象）

superclass：

• class(类对象)的superclass指向父类的class（类对象）
  如果没有父类，superclass指针为nil
• meta-class(元类)的superclass指向父类的meta-class（元类）
  -基类的meta-class(元类对象)的superclass指向基类的class（类对象）

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

四. Class结构

• 类对象的地址：实例对象的isa指针，指向类对象。那么isa的地址就是类对象的地址。但是从64bit开始，isa需要进行一次位运算（isa的地址&ISA_MASK），才能计算出类对象的真实地址。

• 元类对象的地址：类对象的isa指针，指向元类对象。但是从64bit开始，isa需要进行一次位运算（isa的地址&ISA_MASK），才能计算出元类对象的真实地址。

class结构

ISA_MASK

struct objc_class

• class、meta-class对象的本质结构都是struct objc_class
  objc4源码下载：https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/

struct objc_class

五：总结

• 一个NSObject对象占用多少内存？
  系统分配了16个字节给NSObject对象（通过malloc_size函数获得）
  但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间（64bit环境下，可以通过class_getInstanceSize函数获得）

• 对象的isa指针指向哪里？
  instance对象的isa指向class对象
  class对象的isa指向meta-class对象
  meta-class对象的isa指向基类的meta-class对象

• OC的类信息存放在哪里？
  instance对象：存放成员变量的具体值
  类对象中：对象方法、属性、成员变量、协议信息
  元类对象中：类方法

方法的调用轨迹：

• 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