我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++代码
所以Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的
思考：Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的什么数据结构实现的？
答案是：结构体
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
OC源码
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
转为C\C++代码
// NSObject Implementation
struct NSObject_IMPL {
Class isa; // 8个字节
};
苹果源码中Class如下解释
An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
面试题
一个NSObject对象占用多少内存？
答案是：
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）
验证：
获得NSObject实例对象的成员变量所占用的大小 >> 8
#import
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
获得obj指针所指向内存的大小 >> 16
#import
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));
实时查看内存数据
读取内存
memory read/数量格式字节数 内存地址
x/数量格式字节数 内存地址修改内存中的值
memory write内存地址 数值格式
x是16进制，f是浮点，d是10进制字节大小
b：byte 1字节，h：half word 2字节
w：word 4字节，g：giant word 8字节
(lldb) po obj
(lldb) x 0x100595420
0x100595420: 19 11 0c 92 ff ff 1d 00 00 00 00 00 00 00 00 00
进一步探索
1.声明一个Student类
@interface Student : NSObject
{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
转为C\C++代码
struct Student_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;---8个字节存储空间
int _no;---4
int _age;---4
};
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
验证：
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu->_no = 4;
stu->_age = 5;
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));
打印结果
16
16
实时查看内存数据
(lldb) po stu
(lldb) x 0x10283b410
0x10283b410: c9 11 00 00 01 80 1d 00 04 00 00 00 05 00 00 00
2.声明一个Person类
@interface Person : NSObject
{
int _age;
int _height;
int _no;
}
@end
转为C\C++代码
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; 8
int _age; 4
int _height; 4
int _no; 4
}; 24
内存对齐：结构体的大小必须是最大成员大小的倍数
验证：
Person *p = [[Person alloc] init];
NSLog(@"%zd", sizeof(struct Person_IMPL)); 24
NSLog(@"%zd %zd",class_getInstanceSize([Person class]), 24
malloc_size((__bridge const void *)(p))); 32
查看苹果官方源码:https://opensource.apple.com/tarballs/libmalloc/可以看到obj分配的内存的大小都是16的倍数
#define NANO_MAX_SIZE 256 /* Buckets sized {16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, ...} */
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:
-
instance对象（实例对象） -
class对象（类对象） -
meta-class对象（元类对象）
instance
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
- isa指针
- 其他成员变量
class
NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass2 = [object2 class];
Class objectClass3 = object_getClass(object1);
Class objectClass4 = object_getClass(object2);
Class objectClass5 = [NSObject class];
NSLog(@"%p %p",
object1,
object2);
NSLog(@"%p %p %p %p %p",
objectClass1,
objectClass2,
objectClass3,
objectClass4,
objectClass5);
0x10051fac0 0x1005228e0
0x7fff920c1118 0x7fff920c1118 0x7fff920c1118 0x7fff920c1118 0x7fff920c1118
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
- isa指针
- superclass指针
- 类的属性信息（@property）、类的对象方法信息（instance method）
- 类的协议信息（protocol）、类的成员变量信息（ivar）
......
C\C++源码如下：
struct _class_ro_t {
unsigned int flags;
unsigned int instanceStart;
unsigned int instanceSize;
const unsigned char *ivarLayout;
const char *name;
const struct _method_list_t *baseMethods;
const struct _objc_protocol_list *baseProtocols;
const struct _ivar_list_t *ivars;
const unsigned char *weakIvarLayout;
const struct _prop_list_t *properties;
};
struct _class_t {
struct _class_t *isa;
struct _class_t *superclass;
void *cache;
void *vtable;
struct _class_ro_t *ro;
};
meta-class
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
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
- isa指针
- superclass指针
- 类的类方法信息（class method）
......
以下代码获取的objectClass是class对象，并不是meta-class对象
Class objectClass = [[[NSObject class] class] class]
查看Class是否为meta-class
BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class])
1.Class objc_getClass(const char *aClassName)
1> 传入字符串类名
2> 返回对应的类对象
2.Class object_getClass(id obj)
1> 传入的obj可能是instance对象、class对象、meta-class对象
2> 返回值
a) 如果是instance对象，返回class对象
b) 如果是class对象，返回meta-class对象
c) 如果是meta-class对象，返回NSObject（基类）的meta-class对象
3.- (Class)class、+ (Class)class
返回的就是类对象
- (Class) {
return self->isa;
}
+ (Class) {
return self;
}
isa指针
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
当调用类方法时，通过class的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用
从64bit开始，isa需要进行一次位运算& ISA_MASK，才能计算出真实地址.
define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
class对象的superclass指针
@interface Student : Person
@interface Person : NSObject
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
meta-class对象的superclass指针
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
isa、superclass总结
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nilmeta-class的superclass指向父类的meta-class
基类的meta-class的superclass指向基类的classinstance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
窥探struct objc_class的结构
苹果开源源码https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
}
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
}
struct class_rw_t {
......
private:
using ro_or_rw_ext_t = objc::PointerUnion;
}
struct class_rw_ext_t {
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods; //方法列表
property_array_t properties; //属性列表
protocol_array_t protocols; //协议列表
char *demangledName;
uint32_t version;
};
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize; //instance对象z占用的内存空间
#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;
}
面试题：
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？
- 对象方法、属性、成员变量、协议信息，存放在class对象中
- 类方法，存放在meta-class对象中
- 成员变量的具体值，存放在instance对象