Objective-C对象的本质

  我们知道平时编写的OC代码，底层都是C和C++代码：Objective-C -> C/C++ -> 汇编语言 -> 机器语言。所以Objective-C对象的底层实现就是C和C++。
  那么请思考问题：Objective-C对象，是基于C/C++什么类型的数据结构实现的？
  答案大家都知道，结构体。因为结构体可以存放不同的数据类型。想要看清OC的底层实现，我们可以使用下面①的命令行。但是编译后我们会发现，一个简单的文件就会编译出超过10万行的代码，这是因为clang在编译时候，是有不同的平台区分的，比如Windows平台，Mac平台。所以我们可以使用②的命令指定平台，这样代码就会简化很多。

1、clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
2、xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp

  我们可以看找到一个类对象的实现，NSObject_IMPL即NSObject implementation。

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

  然后我们在定义一个类Student然后继续执行上面的命令，看看在底层转化是否是结构体如下所示。这里是Student_IMPL结构体的第一个成员变量就是NSObject。这样的好处就是我定义的Student类里拥有NSObject的所有属性。

struct Student_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};

下面有个问题，为什么NSObject的isa是Class类型的，通过之前的iOS开发之alloc和init分析，我们查看方法initInstanceIsa，我们可以看到isa的类型是isa_t(如下图isa_t)，在底层进行了强转，类似于swift中的as，可以查看源码(如下图强转)。

isa_t

强转

总结：

1.OC的本质是结构体
2.子类的isa继承自父类

isa_t的类型

isa_t

  在这里我们看到了一个关键词union（共用体/联合体），构造数据类型的方式，有两种：

1、结构体（struct）。
2、联合体（union，或者叫共用体）。

结构体
结构体是指把不同的数据组合成一个整体，其变量是共存的，变量不管是否使用，都会分配内存。

• 缺点：所有属性都分配内存，比较浪费内存，假设有4个int成员，一共分配了16字节的内存，但是在使用时，其实使用四个字节就可以表示。那么剩下的12个字节就属于浪费。
• 优点：存储容量较大，包容性强，且成员之间不会相互影响

联合体
联合体也是由不同的数据类型组成，但其变量是互斥的，所有的成员共占一段内存。而且共用体采用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会将原来成员的值覆盖掉

• 缺点：包容性弱
• 优点：所有成员共用一段内存，使内存的使用更为精细灵活，同时也节省了内存空间

两者的区别
 内存占用情况

• 结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响
• 共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员

内存分配大小

• 结构体内存 >= 所有成员占用的内存总和（成员之间可能会有缝隙）
• 共用体占用的内存等于最大的成员占用的内存
    我们继续回到isa_t的分析中，我们看内部实现，发现有两个变量，cls和bits，上面我们讲述了共用体的特点，所以我们知道，isa的初始化方式有两种：一、通过cls初始化，那么bits没有默认值。二、通过bits初始化，cls没有默认值。而且详细的列除了isa的位域信息ISA_BITFIELD（如下图）。接下来，我们详细分析这些信息所代表的含义。
  位域

1.nonpointer

• 0：纯isa指针
• 1：不只是类对象地址，包含了类信息，引用计数等。

2.has_assoc表示是否有关联对象。
3.has_cxx_dtor表示该对象是否有C++/OC的析构函数。

• 如果有析构函数，则需要做析构逻辑。
• 如果没有，则可以更快地释放对象。

4.shiftclx表示存储类信息。arm64架构下33位，x86_64架构下占44位。
5.magic用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间，占6位。
6.weakly_refrenced，是否被弱引用，没有可以更快释放。
7.deallocating表示对象是否正在释放内存。
8.has_sidetable_rc表示当对象引用计数大于10时，则需要借用该变量存储进位。
9.extra_rc（额外的引用计数） --- 导尿管表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减1。如果对象的引用计数是10，那么extra_rc为9.

验证isa指针位域信息（0-64）

image.png

  上方的nonpointer为true，所以走下面的方法，进入第一个断点，我们进行lldb调试，返现newisa信息都为空，继续往下走，当走到newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE; define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL后，我们在进行调试（如下图）

  和上面的信息比较，我们得到了cls = 0x001d800000000001，在计算器中打开（如下图）

  我们发现从47位开始是111011，然后我们把计算器转换成10进制，输入magic = 59（如下图），同样的也是111011，在47号位置的值就是59。有没有感觉到很神奇，666！！！

  所以calloc的意义和我们之前文章里讲述的就一模一样了，是把isa和我们的类，关联起来。newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;，我们来进一步验证这行代码。经过赋值之后，我们看到newisa的shiftcls被赋值成功了，注意，我们上面是没有shiftcls的。右移三位是为了不覆盖原来的前三个位置的信息（nonpointer，has_assoc，has_cxx_dtor）。