OC对象底层结构

首先，代码要运行肯定也必须要经过编译转换为机器语言才能执行，所以OC代码最终执行的当然也是0和1表示的机器码。另外，我们一般认为OC代码会先转化为C/C++代码，然后再执行。实际在llvm的工作中，是不是如我们所想，先将OC转化为C/C++，转再化为机器码执行，我目前不能确定，但从效率上来讲，没有必要多这一步，为啥不直接转为机器码？
研究OC对象的本质也就是研究OC对象转换为C++之后的代码逻辑。例如，OC对象在C++里是什么结构表示的？数组，类，结构体还是其他什么结构。OC类的继承功能，多态功能是怎么通过C++实现的，这里的逻辑是什么。runtime为什么可以给OC的类添加方法，交换方法实现等等，这些功能在C++里是怎么实现的？
如果我们要研究C的机构体是怎么实现的，那么就要去读汇编了，汇编就是C的底层逻辑。
还好，OC的底层实现是C++，毕竟还是人类可读的语言，没有读汇编那么痛苦。
这么看来，OC有点像是C++的一个语法糖，难以理解。为什么一个语言可以转换为另一个语言，我始终难以理解。
OC的编译器是Clang（LLVM的一个前端模块），可以通过Clang将OC转换为C++代码（如果可以通过头文件进去查看源代码也不需要重写这么麻烦）。要搞清楚，这里的C++代码不是一种翻译，而是一种解析，类似于“反编译”。

Clang将OC代码解析为C++代码的命令：

clang -rewrite-objc xxx.m -o xxx.cpp

上面的命令的意思是，将OC文件xxx.m转为C++文件xxx.cpp。但是没有指定平台和架构。

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc xxx.m -o xxx.cpp

我们一般用这个命令，生成的文件会比较小，因为限制了平台和架构。

先建一个最简单的工程，Command Line工程：

命令行工程

在main.m文件里加上两个最简单的类，Person继承NSObject，Teacher继承Person：

@interface Person : NSObject
{
    NSString *_name;
}
@end
@implementation Person
@end

@interface Teacher : Person
{
    NSString *_age;
}
@end
@implementation Teacher
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
    }
    return 0;
}

通过clang命令，生成C++文件：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o xxx.cpp

打开xxx.cpp文件，搜索Person和Teacher，可以找到下面的两个结构体，可以看到里面有我们定义的属性，由此可以推断，这个就是Person和Teacher的底层实现，并且Teacher里可以找到父类Person
而Person里面继承的父类当然就是NSObject:

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *_name;
};

struct Teacher_IMPL {
    struct Person_IMPL Person_IVARS;
    NSString *_age;
};

可以推测，NSObject的底层实现是NSObject_IMPL，找到其实现:

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

所以，可以看到NSObject的本质就是一个结构体，里面只有一个成员变量isa。那这个类的方法放在那里了呢？就在这个isa指针里。

跳到Class的定义里：

typedef struct objc_class *Class;

再看objc_class结构体定义：

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

通过这些变量的名字，就可以猜到：

super_class 指向父类的指针

objc_ivar_list 成员变量列表

objc_method_list 方法列表

objc_protocol_list 协议列表

所以，NSObject的底层结构是C++的机构体，结构体里只存储成员变量，方法存储在isa指针指向的另外的地方。所以，方法不是不占内存，只不过是，没有存放在结构体里。