1.oc對象的本質

• 我們平時編寫的Objective-C代碼，底層實現其實都是C\C++代碼。

  
  
  編譯過程

所以Objective-C的面向對象都是基于C\C++的數據結構實現的。如果我們想將研究其底層就要先轉換為C/C++文件。

• 將Objective-C代碼轉換為C\C++代碼
  1. 打開終端，cd到你所要轉成C/C++語言文件的目錄里；
  2. ls/ls-l 列舉查看一下文件夾下是否有對應的OC文件；
  3. clang -rewrite-objc OC源文件 -o 輸出的CPP文件(編譯器重寫oc文件并輸出c++文件),如下:

hejundeMBP:~ hejun$ cd /Users/hejun/Desktop/OC本質/OC本質 
hejundeMBP:OC本質 hejun$ ls
main.m
hejundeMBP:OC本質 hejun$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

這樣就會在該文件夾下生成一個c++文件，但是這樣生成的文件太大，因為編譯器轉化代碼要看什么平臺，沒有直達平臺架構所以生成文件包含了所有的架構下的代碼，所以一般不這么轉化。
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 輸出的CPP文件(Xcode指定是iphoneos然后編譯器告訴是arm64架構下重寫oc文件并輸出c++文件)如下：

hejundeMBP:~ hejun$ cd /Users/hejun/Desktop/OC本質/OC本質 
hejundeMBP:OC本質 hejun$ ls
hejundeMBP:OC本質 hejun$ xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main_arm64.cpp
hejundeMBP:OC本質 hejun$ 

這樣生成的文件就小很多了

生成C++文件

如果需要鏈接其他框架，使用-framework參數。(比如-framework UIKit)。

為何不在不生成c文件而生成c++文件，因為生存的c++文件里面包含c，并且c++是支持c的。

不同平臺支持的代碼肯定是不一樣,模擬器(i386)、32bit(armv7)、64bit（arm64）。

• Objective-C的對象、類主要是基于C\C++的什么數據結構實現的？

進入NSObject頭文件可以看到，里面有一個Class類型的isa成員變量,點擊進Class可以發現其是一個指向結構體的指針,在main函數中創建一個NSObject轉成C++代碼里面會生存一個NSObject_IMPL（NSObject_implementation即NSObject的底層實現）結構體。

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};。

底層結構

• 自定義一個Student類繼承NSObject,添加_no,_age屬性,分析一下結構和所占內存打小。示例如下：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import "malloc/malloc.h"

struct Student_IMPL {
    Class isa;
    int _no;
    int _age;
};
@interface Student : NSObject{
@public
    int _no;
    int _age;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Student *stu = [[Student alloc] init];
        stu->_no = 10;
        stu->_age = 10;
        //獲得類的實例對象大小
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
        //獲得stu指針所指向的內存大小
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));
        //因為Student_IMPL結構體和Student結構一樣，將stu的對象強轉為指向Student_IMPL結構體的指針
        struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
        //通過結構體指針訪問結構體變量
        NSLog(@"no is %d, age is %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age);
    }
    return 0;
}

打斷點分析內存(方法:Debug -> Debug Workfllow -> View Memory （Shift + Command + M）然后將對象指針地址輸入Address輸入框)：

分析內存

結果可見：內存占了16個字節，前面8為是是isa指針所占內存，后8為中的兩個OA則是no和age的值為10(注意Mac是高位向地位尋址。
打印結果如下：

打印內存.png

結果可見確實是占了16個字節（8+4+4），但是如果打印NSObject則class_getInstanceSize獲得的是8位，malloc_size是16位，因為前者是獲得類的實例對象大小只有一個指針所以是8位，后者是獲得指針指向的內存大小，蘋果歸檔如何小于16位則是16位，所以最少是16位（具體可以去看源碼，這里不再一一列舉）。
具體分析示意圖如下：

底層實現.png

底層實現.png

所以Objective-C的對象、類主要是基于C\C++的結構體實現的。

2.instance、class、meta-class.

• OC對象的分類:instance對象（實例對象）、class對象（類對象）、meta-class對象（元類對象）。

• instance對象就是通過類alloc出來的對象，每次調用alloc都會產生新的instance對象。
• instance對象在內存中存儲的信息包括:

1. qq isa指針、
2. 其他成員變量。

• 同一個類alloc出兩個實例對象是兩個不同的對象分別占用兩塊內存：
  
  instance.png

• 每個類在內存中有且只有一個class對象
• class對象在內存中存儲的信息主要包括:
  1. isa指針
  2. superclass指針
  3. 類的屬性信息（@property）、類的對象方法信息（instance method）

4. 類的協議信息（protocol）、類的成員變量信息（ivar）

   
   
   meta-class.png

• objectMetaClass是NSObject的meta-class對象（元類對象),每個類在內存中有且只有一個meta-class對象

• 獲取元類方法Class object_getClass(id obj)傳入類名時獲取元類,runtimeApi。

• meta-class對象和class對象的內存結構是一樣的，但是用途不一樣，在內存中存儲的信息主要包括:

  1. isa指針
  2. superclass指針

  3. 類的類方法信息（class method）

     
     
     metaclass.png

• 注意：runtime有兩個獲取類的方法Class objc_getClass(const char *aClassName)、 Class object_getClass(id obj),前者傳入字符串類名返回返回對應的類對象；后者傳入的obj可能是instance對象、class對象、meta-class對象，如果是instance對象，返回class對象、如果是class對象，返回meta-class對象,如果是meta-class對象，返回NSObject（基類）的meta-class對象。

• 判斷是否元類方函數：BOOL class_isMetaClass(Class cls)。

3.isa、superclass.

• isa

  1. instance的isa指向class，當調用對象方法時，通過instance的isa找到class，最后找到對象方法的實現進行調用。
  2. class的isa指向meta-class，當調用類方法時，通過class的isa找到meta-class，最后找到類方法的實現進行調用
     
     isa.png

• superclass:當子類的instance對象要調用父類的對象方法時，會先通過isa找到子類的class，然后通過superclass找到父類的class，最后找到對象方法的實現進行調用。
  

  superclass.png

• meta-class對象的superclass指針:當子類的class要調用父類的類方法時，會先通過isa找到子類的meta-class，然后通過superclass找到父類的meta-class，最后找到類方法的實現進行調用（注意如果直到基類的meta-class也找不該方法就會去基類中去找同名的對象方法，找到了就會調用，找不到就報該類找不到此方法的錯誤）
  

  meta-class的superclass.png

• isa、uperclass總結

• instance的isa指向class
• class的isa指向meta-class
• meta-class的isa指向基類的meta-class
• class的superclass指向父類的class
• 如果沒有父類，superclass指針為nil

• meta-class的superclass指向父類的meta-class
• 基類的meta-class的superclass指向基類的class

• instance調用對象方法的軌跡

• isa找到class，方法不存在，就通過superclass找父類class

• class調用類方法的軌跡

• isa找meta-class，方法不存在，就通過superclass找父類meta-class,如果找到基類的meta-class還沒有找到就去找基類的class，示意圖如下：

  
  
  oc方法調用流程.png

• class、meta-class對象的本質結構都是struct objc_class
  

  oc類對象的本質.png

4.面試題

1.一個NSObject對象占用多少內存？

系統分配了16個字節給NSObject對象（通過malloc_size 函數獲得)
但NSObject對象內部只使用了8個字節的空間（64bit環境下，可以通過class_getInstanceSize函數獲得）

2.對象的isa指針指向哪里？

instance對象的isa指向class對象
class對象的isa指向meta-class對象
meta-class對象的isa指向基類的meta-class對象

3.OC的類信息存放在哪里？

成員變量的具體值，存放在instance對象
對象方法、屬性、成員變量、協議信息，存放在class對象中
類方法，存放在meta-class對象中