iOS 底层探索-属性

一、属性简介

属性是OC语言中的一个机制，在OC中用@property来声明一个属性，编译器会自动为实例变量生成setter和getter方法。
所以在获取属性值NSLog(@"%@",self.name);和设置属性值（self.name = @"xiaoming"）的时候其实是调用了getter和setter方法获取和设置实例值。
一般编译器生成的实例变量是“_属性名”。也可以使用@synthesize定义实例变量名。也可以自定义setter和getter方法。

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@end
@implementation ViewController
//定义实例变量名
@synthesize name = _nibName;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.name = @"xiaoming";
    NSLog(@"%@",self.name);//输出xiaohong
    NSLog(@"%@",_nibName);//输出xiaoli，不执行getter方法取值
}
-(void)setName:(NSString *)name{
    _nibName = @"xiaoli";
}
-(NSString *)name{
    return @"xiaohong";
}
@end

二、属性存储

1.Runtime属性的存储

在OC中类是objc_class的结构体指针，结构体如下：

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;

• objc_ivar_list是类的成员变量列表

struct objc_ivar_list {
    int ivar_count                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_ivar ivar_list[1]                            OBJC2_UNAVAILABLE;
}   

• objc_method_list是类的方法列表

struct objc_method_list {
    struct objc_method_list * _Nullable obsolete             OBJC2_UNAVAILABLE;

    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}  

属性生成过程分为以下几步：
（1）创建属性，设置其objc_ivar，通过偏移量和内存占用就可以方便获取。
（2）生成getter和setter方法。
（3）将属性的ivar添加到类的ivar_list中，作为类的成员变量存在。
（4）将getter和setter方法加入类的method_list中。
（5）将属性描述添加到类的属性描述列表中。

2.获取成员变量和属性

（1）获取成员变量列表，返回一个指向成员变量信息的数组，数组中每个元素是指向成员变量信息的objc_ivar结构体指针。这个数组不包括在父类中声明的变量。

Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );

（2）获取属性列表

objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );

示例：

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject{
    NSString *number;
}
@property (nonatomic,strong)NSString *name;
@end

#import "ViewController.h"
#import "Person.h"
#import <objc/message.h>
@interface ViewController ()

@end
@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList([Person class], &count);
    for (int  i = 0; i<count; i++) {
        Ivar ivar = ivarList[i];
        const char *ivarChar = ivar_getName(ivar);
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivarChar];
        NSLog(@"成员变量名 %d == %@",i,ivarName);
    }
    objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([Person class], &count);
    for (int i = 0; i<count; i++){
        objc_property_t property = propertyList[i];
        const char* propertyChar =property_getName(property);
        NSString *propertyName = [NSString stringWithUTF8String:propertyChar];
        NSLog(@"属性名 %d == %@",i,propertyName);
    }
}

@end

3.属性修饰符

修饰符	作用
readwrite	可读可写，生成setter和getter方法，默认属性
readonly	只读，只生成getter
nonatomic	非原子属性，提高性能但线程不安全
atomic	原子性，线程安全但可能降低性能
assign	简单赋值，不更改引用计数，用于修饰基础数据类型和C语言类型数据
strong	强引用，持有对象，引用计数+1 （retain新值，release旧值）
weak	弱引用，不持有对象，不增加引用计数（在属性所指的对象遭到推毁时，属性值也会清空）
copy	深拷贝

（1）atomic和nonatomic
atomic属性是为了保证程序在多线程情况下，编译器会自动生成一些加锁代码，避免该变量的读写不同步问题。
atomic属性内部的锁是自旋锁。自旋锁是如果有其他线程加锁了，线程会以死循环的方式等待锁，一旦被访问资源被解锁，则等待资源的线程会立即执行。

• 大部分情况会使用nonatomic，提高效率，减少资源的消耗。

（2）assign和weak
assign和weak类似，在使用时，不会增加被引用对象的引用计数。weak在引用的对象被销毁后会被指向nil。而assign不会被置为nil。
assign和unsafe_unretained其实差不多，如果用assign修饰对象，当assign指向对象被释放时，assign就成了一个悬空指针，也就是会指向一块无用内存，这是给这个assign修饰的属性发送消息时会发生崩溃（也有可能不崩溃，取决于发消息时那块内存还是否有效）。
所以一般不使用assign修饰对象，因为用assign修饰指针会成为悬空指针导致错误。
为什么用assign修饰基本数据类型呢，是因为基本数据类型是被分配到栈上的，栈的内存由系统自动处理，不会造成悬空指针。

• assign用于修饰基础类型的数据（NSInteger）和C语言类型数据(int,float,double,char,bool) ，而weak只能用于修饰对象。

（3）strong和copy
使用strong和copy时都会使引用计数+1。但使用copy修饰的属性在某些情况下赋值的时候会创建对象的副本，也就是深拷贝。

• 声明NSString属性时，使用copy：
  当使用NSString的时候是不希望值改变的，一般情况下使用copy，希望进行深拷贝，那么源字符串修改，就不会影响到NSString属性的值。
  但当源字符串为不可变类型是，copy也只是进行浅拷贝，当源属性为可变类型时，才进行深拷贝。
  所以建议在使用NSString属性时使用copy，避免可变字符串的修改导致一些非预期的问题。
• 声明NSMutableString属性时，不能使用copy：
  使用copy就是深拷贝一个不可变的NSString对象，如果对这个对象进行可变操作，会产生崩溃。
• 自定义类使用copy修饰符
  自定义类具有拷贝功能，需要实现NSCopying协议。如果自定义的对象分为可以变和不可变，需要同时实现NSCopying和NSMutableCopying协议。

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@end

#import "Person.h"
@interface Person()<NSCopying>
@end
@implementation Person
- (id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone{
    Person *model = [[Person class] allocWithZone:zone];
    model.name = [_name copy];
    return model;
}
@end

#import "ViewController.h"
#import "Person.h"
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    Person *person1 = [[Person alloc] init];
    person1.name = @"郑";
       
    Person *person2 = [person1 copy];
    person2.name = @"吴";
    
    NSLog(@"person1 == %@",person1.name);//郑，深拷贝，person1不会被改变
}
@end

三、成员变量、实例变量和属性区别

1.成员变量

• 定义在{}中的变量
• 成员变量用于类内部，无需与外界接触的变量

@interface ViewController ()
{
    //成员变量
    Person *person;
    int a;
}
@end

2.实例变量

• 如果成员变量的数据类型是一个类，则成这个变是实例变量
• 实例变量+基本数据类型变量=成员变量

@interface ViewController ()
{
    //成员变量--实例变量
    Person *person;
    //成员变量--基本数据类型变量
    int a;
}
@end

3.属性

• @ property前缀的
• 编译器会自动生成setter和getter方法和带下划线的实例变量
• 可以通过点语法访问属性，编译器会把点语法转换为对setter和getter方法的调用
• 属性变量可用于与其他对象交互的变量
• 属性变量可以用修饰符（strong、assign、weak等）修饰

@interface ViewController ()
//属性
@property(nonatomic,strong)Person *person;
@end