oc的本质、底层结构、内存分析、isa指针和superclass
1、在开始前先说下怎么将oc代码转为c++代码
方法1
1、打开终端cd到目标的工程文件
2、终端输入：clang -x objective-c -rewrite-objc -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk xxx.m，其中xxx.m替换成自己需要转换的文件，然后敲回车
方法2
1、打开终端cd到目标的工程文件
2、xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc xxx.m -o xxx.cpp，将xxx改为自己需要转换的文件名才回车就可以了
如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit
在终端上执行了上面两个方法中任何一个后，回到工程文件中就可以看到多了一个cpp文件，将cpp文件拖拽到工程中就可以在xcode里看到了
注意
在将cpp文件添加到工程中后最好将cpp文件从编译器中移除，否则在编译的时候会报错。
1-1.png
oc转c\c++详细流程可以看这里iOS将oc的.m文件编译成C++的.cpp文件
2、oc的底层实现
- oc的底层实现都是c\c++代码，oc的面向对象都是基于c\c++的数据结构实现的
- oc的对象和类主要是基于c\c++的结构体实现的
-
编译器会先将oc代码转化为c\c++代码，再将c\c++代码转化为汇编语言，然后再转化为机器语言
1-2.png
下面我们创建一个NSObject对象，然后再转化成c++代码，看下在c++中是什么样的结构
NSObject * object = [[NSObject alloc] init];
在oc中NSObject的定义是这样的
@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
在c++中是一个结构体
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
由此可以证明上面的结论oc的对象和类主要是基于c\c++的结构体实现的
class又是什么呢？clas是一个指针
typedef struct objc_class *Class;
如果创建一个Person类继承自NSObject其底层又是怎样实现的呢？
Person * person = [[Person alloc] init];
转化为c++后
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};
NSObject_IMPL就是NSObject的底层
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
那么可以在Person_IMPL中将NSObject_IMPL看成是isa指针，那么就等价于下面的写法
struct Person_IMPL {
Class isa;
};
如果Person带有成员变量呢？
@interface Person : NSObject
{
int _age;
NSString * _name;
}
其底层为
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _age;
NSString *_name;
};
如果再创建一个Student类继承自Person并带有了height成员变量呢？
@interface Student : Person
{
int _height;
}
转化为c++后
struct Student_IMPL {
struct Person_IMPL Person_IVARS;
int _height;
};
- 由上面的Person和Student转化为c++后可以看出，子类中包含了父类的结构体
- 每个对象都包含一个isa指针
3、oc对象内存详解
下面先用两个方法去打印NSObject对象的内存大小
NSObject * object = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"%zd",class_getInstanceSize([NSObject class]));
NSLog(@"%zd",malloc_size((__bridge const void *)object));
这两个方法分别打印的是8和16，为什么这两个方法打印出来的内存大小不一样呢。
class_getInstanceSize是获取一个实例对象创建至少需要多少内存
malloc_size是获取创建一个实例对象，实际上分配了多少内存
为什么会有一个最少内存和一个分配内存呢？因为oc中有一个内存对齐规则。
内存对齐：简单的理解就是最终的内存大小为成员中内存最大的整数倍，不足的要对齐。
在64位的环境下oc中对象存取是以8字节来计算的，对象开辟空间的内存是以16字节来对齐的。
想要详细了解iOS中内存对齐的可以看下面两位大神的文章，建议先看第一篇文章再看第二篇。
这篇通俗易懂的讲解了iOS中的内存对齐的应用
这篇很好的讲了内存对齐的定义
先看了第一篇才能很好的理解第二篇文章中内存对齐的定义
怎么计算出NSObject最少内存为8，分配内存为16呢？
因为NSObject在c++中实际为一个结构体
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
在NSObject_IMPL结构体中包含了一个isa指针，指针在64位的环境下为8个字节。结构体的内存大小所其成员所决定，又因为oc中对象存取是以8字节来对齐的，NSObject_IMPL结构体成员大小为8，刚好为8的整数倍不需要补齐，所以NSObject最少内存为8。因为oc对象开辟空间是以16字节对齐的，NSObject的内存为8，不是16的整数倍，需要补齐是内存为16的整数倍，所以补齐后内存就为16了。
Person继承自NSObject，并有两个成员变量，那么Person的最少内存和实际分配内存分别是多少呢？
@interface Person : NSObject
{
int _age;
NSString * _name;
}
将Person转化为c++后
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _age;
NSString *_name;
};
（本文章所说的内存都是在64位环境下的）NSObject_IMPL里是一个isa指针，为8字节，_age为4字节，_name为8字节。8+4+8=20，又因为oc中对象存取是以8字节来对齐的所以Person最少内存为24。因为oc对象开辟空间是以16字节对齐的所以实际分配内存为32。
需要注意的是苹果为了节省内存空间对内存做了重排，所以在分配内存时，并不是按你的成员变量书写顺序去分配的
4、oc对象的分类
oc中的对象主要分为3类分别为:instance对象（实例对象）、class对象（类对象）、meta-class对象（元类对象）。
1、instance对象(实例对象)
通过alloc出来的对象就是实例对象，每次alloc都会生成一个实例对象。
NSObject * obj1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject * obj2 = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"obj1:%p obj2:%p",obj1,obj2);
上面obj1和obj2就是两个不同实例对象，打印出内存地址分别是
obj1:0x10070a740 obj2:0x10070a750
内存地址不同就说明了是两个不同的对象，分别占据着两块不同的内存。
在上面对象本质的一部分，我们看到了实例对象在内存中存储了isa指针和成员变量。
2、class对象（类对象）
每个类在内存中有且只有一个class对象
NSObject * obj1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject * obj2 = [[NSObject alloc] init];
Class objClass1 = [obj1 class];
Class objClass2 = [obj2 class];
NSLog(@"objClass1:%p objClass2:%p",objClass1,objClass2);
objClass1和objClass2都是类对象，打印出来的结果为
objClass1:0x7fff80670388 objClass2:0x7fff80670388
打印出来的地址是一样的，是同一块内存，所以是同一个class对象。
class对象在内存中存储的信息主要包括:isa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(ivar)等。
3、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）
获取元类对象需要用到runtime
Class metaClass = object_getClass([NSObject class]);
需要注意的是通过下面方法获取到的不是元类对象，而是类对象
Class objClass = [[NSObject class] class];
判断一个对象是否为元类对象，可以通过下面的方法(也是runtime中的方法)
BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);
5、isa指针
由上面的知识点，我们已经知道在实例对象、类对象和元类对象中都有着一个isa指针，isa指针有什么用呢？我们先看下下面1-3这张图
1-3.png
-
instance的isa指向class
当调用对象方法时，因为对象方法是放在class对象中的，所以instance对象会通过自己的isa指针找到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，因为类方法是放在元对象中的，所以类对象会先通过本身的isa指针找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。 -
meta-class的isa指向基类的meta-calss
这里需要注意的是meta-class的isa指向基类的meta-calss，而不是父类的meta-calss。
例如有A、B、C、D四个类，A是基类，D继承C，C继承B，B继承A，那A、B、C、D四个类的meta-class的isa分别指向谁呢？
答案是都指向A的meta-class，因为meta-class的isa指向基类的meta-class，A是B、C、D的基类，因为A本身就是基类，所以A的meta-calss的isa指向自己的meta-class。 -
从64bit开始，
isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址
1-4.png
6、superclass指针
-
superclass指针指向父类，class的superclass指向class的父类，meta-class的superclass指向meta-class的父类 -
class的superclass指向父类的class，如果没有父类，superclass制作为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，从父类的方法列表中找 -
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，从父类的方法列表中找
从1-4图中可以看到，instance中没有superclass指针，class和meta-class中都有superclass指针。
为什么instance中没有superclass制作呢，因为instance中已经包含了父类的成员变量，所以根本不需要superclass指针再去指向父类获取成员变量了。例如创建一个Student类继承自Person,那么Student的实例对象底层就是这样的。
struct Student_IMPL {
struct Person_IMPL Person_IVARS;
int _height;
};
对这结构不是很明白的可以滑到文章上面再看下oc底层实现这一块的知识点。
class对象的superclass指针
Person是Student的父类
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
Person是Student的父类
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
1-5是一张非常经典的图大家可以看下
1-5.png
