OC 底层知识(一)：OC的本质

1、Objective-C的面向对象都是基于什么数据结构实现的？

• 由于我们平时编写的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
  

2、Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的什么数据结构实现的？

• 结构体

3、如何将Objective-C代码转换为C\C++代码？

• 下面以OC的文件Person+Test.m为例生成 .cpp

   利用终端进入到Person+Test.m所在的文件夹
   方式一
   xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc Person+Test.m
   方式二
   clang  -rewrite-objc  Person+Test.m
  

• 如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit。

4、一个OC对象在内存中是如何布局的？

5、如何实时查看内存数据 ？

• 在需要查看对象的地方先打断点，再Debug -> Debug Workfllow -> View Memory ,或者使用快捷键（Shift + Command + M）
  实时查看内存数据

6、一个NSObject对象占用多少内存 ？

• 实际上分配了16个字节的内存空间给NSObject对象

• 真正有使用的内存空间是：一个指针变量所占用的大小（在64bit环境是8个字节，在32bit环境是4个字节）

• 验证上述所说：导入头文件#import <objc/runtime.h>和#import <malloc/malloc.h>

  NSObject *object = [[NSObject alloc]init];
  NSLog(@"实际上分配了 %zd 个字节的内存空间,真正有使用的内存空间大小是：%zd个字节",malloc_size((__bridge void*)object),class_getInstanceSize([NSObject class]));
  

  

7、在64bit环境下，一个Person对象，一个Student(继承于Person)各占用多少内存空间？

• 想要完全的理解这个题，你需要了解一下内存对齐。

• 结果如下：

  
  占用内存空间

• 分析

  
  分析

8、Objective-C中的对象，简称OC对象，主要可以分为哪几种 ？

• 8.1、instance对象（实例对象）

  • 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

    NSObject *obj1 = [[NSObject alloc]init];
    NSObject *obj2 = [[NSObject alloc]init];
    

  • obj1、obj2是NSObject的instance对象（实例对象）,它们是不同的两个对象，分别占据着两块不同的内存

  • instance对象在内存中存储的信息包括:isa指针以及其他成员变量。
    

    instance对象

• 8.2、class对象 （类对象）
  

  class对象
  
  • objClass1 ~ objClass5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）
    ......

• 8.3、meta-class对象（元类对象）

  • 元类对象的获取方法

    Class objMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
    

    元类对象的获取与类对象获取的对比

    • 以下代码获取的objectClass是class对象，并不是meta-class对象

      Class objClass2 = [[NSObject class]class];
      

  • 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）......
    

    meta-class对象

9、OC的类信息存放在哪里 ？(这个问题的答案在上题8中)

• 以NSObject类为例：
  • 9.1、如果是常用变量具体的值则存放在instance对象里面。
  • 9.2、如果是类的属性信息（@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）则存放在class对象里面。
  • 9.3、如果是类的类方法信息（class method）则存放在meta-class对象里面。

10、isa指针的指向过程是什么？

• instance的isa指向class对象
  • 当调用对象方法时，通过instance的isa找到class(类)，最后在类对象里面找到对象方法的实现进行调用
• class对象的isa指向meta-class(元类对象)
  • 当调用类方法时，通过class的isa找到meta-class(元类)，最后找到类方法的实现进行调用
• meta-class(元类对象)的isa指向基类的meta-class(元类对象)

11、class(类对象)的superlass有什么作用 ？ 下面以Student类继承于Person类,Person类继承于NSObject为例说明superlass的作用

• 当Student的instance对象要调用Person的对象方法时，会先通过Student类的isa找到Student的class，然后通过Student类的superclass找到Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用
• 当Student的instance对象要调用NSObject的对象方法时，会先通过Student类的isa找到Student的class，然后通过Student类的superclass找到Person的class对象，会先通过Person类的superclass找到NSObject的class（类）对象，然后通过NSObject类的superclass找到Person的class，,最后找到对象方法的实现进行调用

12、meta-class(类对象)的superlass有什么作用 ？ 下面以Student类继承于Person类,Person类继承于NSObject为例说明superlass的作用

• 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

13、isa、superclass总结

• isa的指向

  • instance(实例对象)的isa指向class(类对象)
  • class(类对象)的isa指向meta-class(元类对象)
  • meta-class(元类对象)的isa指向基类的meta-class(元类对象)
  • 基类的meta-class(元类对象)的isa指向自己

• superclass的指向

  • class(类对象)的superclass指向父类的class(类对象)，如果没有父类，superclass指针为nil
  • meta-class(元类对象)的superclass指向父类的meta-class(元类对象)，基类的meta-class(元类对象)的superclass指向基类的class(类对象)(这个比较特殊)

• instance调用对象方法的轨迹

  • 通过instance实例对象的isa找到class(类对象)，对象方法不存在，就通过superclass找父类，如果父类没有就接着往上找

• class调用类方法的轨迹

  • 通过class(类对象)的isa找meta-class(元类对象)，类方法不存在，就通过superclass找父类，如果父类没有就接着往上找

14、验证实例对象的isa是指向class对象，class对象的isa是指向meta-class对象

在isa的值转化为类的内存的值的时候需要 & ISA_MASK，ISA_MASK的值可以去objc4源码里面搜objc_object {就会显示出来 ISA_MASK，从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址

• 验证实例对象的isa是指向class对象

    实例对象
    NSObject *object = [[NSObject alloc]init];
    类对象
    Class objClass = [NSObject class];
    元类对象
    Class objMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
  

  

• 验证class对象的isa是指向meta-class对象

  添加一个结构体（因为类对象的isa是看不到的，需要自己写一个结构体来获取isa）

  struct jk_obj_class {
     Class isa;
  };
  
  NSObject *object = [[NSObject alloc]init];
  Class objClass = [NSObject class];
  struct jk_obj_class objClass2 = *(__bridge struct jk_obj_class *)objClass;
  Class objMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
  

• class对象、meta-class对象的本质结构都是struct objc_class