OC对象的本质

一个NSObject对象占用多少内存

我们都知道 我们平时编写的OC代码 底层实现其实是C/C++,然后编译器再把C/C++代码转换为汇编语言代码，汇编代码最终会变成机器语言。

所以OC的面向对象都是基于C/C++的数据结构来实现的。

那么我们OC中的对象 类 都是基于C/C++什么样的数据结构实现的呢?

我们的答案就是 根据C/C++中的结构体来实现的。

将OC代码转换为C/C++代码?

通过下面的操作 我们可以看到mian函数转换为C/C++代码

Last login: Thu Jul 16 16:55:54 on ttys002
farben@FarbendeMacBook-Pro ~ % cd /Users/farben/Desktop/底层/OC对象的本质/NSObject对象占用内存/NSObject对象占用内存
farben@FarbendeMacBook-Pro NSObject对象占用内存 % ls
main.m
farben@FarbendeMacBook-Pro NSObject对象占用内存 % clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

转换后的mian.m函数为

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        NSObject *obj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));

    }
    return 0;
}

但是这句命令 clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 并没有指定编译C/C++代码的平台，实际上iOS windows MacOS不同平台上被编译成的C/C++代码是不相同的。所以我们可以指定一下编译平台

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc 'oc源文件' -o '输出的cpp文件'

#import <Foundation/Foundation.h>

//编译为mainarm64.cpp后 生成的结构体
//即为 NSObject_implementation 就是NSObject的底层实现
struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};
//我们直接通过NSObject 点进去可以看到OC中是这样定义NSobject的
//可以看到 和C/C++的结构体实现大概差不多 可以证明我们OC中的类 底层是通过
//C/C++的结构体来实现的
/*
@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa;
}
@end
 */

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    }
    return 0;
}

思考 一个OC对象在内存中是如何布局的?

NSObject的底层实现

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa;
}
@end

转换为C/C++后是这样的

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

可以知道NSObject 这个对象在内存中就是一个结构体  那么isa是什么东西呢，我们点进去可以发现是一个指向结构体的指针 既然是个指针 那么在64位占有8个字节 32为4个字节

typedef struct objc_class *Class;

就是一个指向结构体的指针，意思就是指向这个类的指针。所以isa是个指针，那么在64位环境下占8个字节 在32位环境下占4个字节。

那么如果我们写了这句代码

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

首先 alloc 分配存储空间给NSObject这个结构体  空间里面只有一个isa  isa这个指针指向的地址 就是刚刚分配的地址 obj这个指针也是指向这个地址

但是在实际中 我们使用运行时获取一个类的大小的时候class_getInstanceSize([NSObject class])获取NSObject类实例对象的内存对齐后的成员变量所占的大小 返回8个字节 但是使用malloc_size((__bridge const void *)obj) 获取的obj所指向内存的带下 返回的是16个字节 所以声明一个类对象 系统所分配的内存空间是16个字节

一个NSObject对象占有多少内存

系统会分配16个字节给NSObject对象,但是在64位环境下NSObject只使用了8个字节。在alloc分配空间的时候 其实是调用allocWithZone 其内部 如果一个对象的成员变量小于16个字节的时候，内存会强制分配16个字节的空间。也就是说一个OC对象最小占用的内存空间是16个字节

class_getInstanceSize([NSObject class]) 返回内存对齐后的所有的成员变量所占的内存空间 （内存对齐 所占字节最大的成员变量占有内存的倍数）也就是一个成员变量最少需要的内存大小

malloc_size((__bridge const void *)obj) 创建一个实例对象 实际分配的空间 至少是16字节 也有内存对齐的概念 16的倍数

OC对象可以分为 实例对象 类对象 元类对象

实例对象：内存中存储着自己的成员变量(成员变量的赋值信息) 包括(isa指针)

类对象:一个类的类对象在内存中只有一份

类对象在内存中存放着isa指针 superClass指针 类的属性信息 类的对象方法信息 类的协议信息 类的成员变量信息(成员变量的描述信息 类型 名字等)

元类对象:获取方法 Class mataClass = object_getClass([NSObject class]);（传递的参数必须是类对象）

元类对象：存储的是类方法信息 isa指针 superClas指针  每个类有且只有一个元类对象

实例对象的isa指针指向自己的类对象(class) 类对象的isa指针指向元类对象

当调用对象方法时 通过实例对象的isa指针找到Class 最后找到其存储的对象方法进行实现

当调用类方法时 通过类对象的isa指针指向元类对象 最后找到其存储的类方法进行实现

superClass其实就是指向自己的父类 假如一个子类对象调用了父类的方法 那么流程是这样的子类对象通过isa自己的类对象 然后自己的类对象通过superClass找到父类对象  然后父类对象对象在从自己存储的对象方法中找到实现

每个类都有自己的元类对象 元类对象也包含着isa指针 superClass指针 那么元类对象怎么理解呢？

类对象的superClass指针 指向父类的类对象 元类对象的superClass指针指向父类的元类对象中

那么如果我们调用一个类方法 其实流程是这样的 先通过自己的isa指针找到自己的元类对象 然后调用元类对象保存的类方法来实现

我们可以总结一下：

实例对象的isa指针 指向自己的类对象 类对象的isa指针自己的指向元类对象 类对象的superClass指针指向自己的父类类对象 如果没有父类superClass就为空nil 元类的superClass指针指向自己的父类的元类对象

实例对象调用对象方法：通过isa找到自己的类对象 然后在类对象存储的对象方法中找到方法实现

实例对象调用父类的对象方法:通过isa指针找到自己的类对象 类对象通过自己的superClass指针找到他的父类对象 在父类对象存储的对象方法中找到方法实现

类对象调用自己的类方法: 类对象通过自己的isa指针找到自己的元类对象 然后在元类对象存储的类方法中找到方法实现

类对象调用自己父类的类方法: 通过自己的isa指针找到自己的元类对象 元类对象通过superClass指针找到父类的元类对象 然后在父类元类对象存储的类方法中找到方法实现

那么现在只有一个问题了 元类对象的isa指向哪里呢?

其实在元类对象的isa是指向基类的元类对象 在OC中我们可以认为基类是NSObject 值得注意的是基类的元类对象的superClass指针指向了基类的类对象

OC中类的构成信息探究

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;

OC1.0的构成是以上信息 和我们预想的差不多 包含了isa指针 superClass指针 类名 版本 大小 成员变量 方法列表等信息 但是现在是OC2.0了 最新的信息构成如下

struct objc_class {
    Class isa;
    Class superclass;
    cache_t cache;             //方法缓存
    class_data_bits_t bits; //用户获取类的具体信息
}

bits.data()可以获取类的具体信息 struct class_rw_t

//可读写的表 
class_rw_t *data() const 
    return bits.data();
}
class_rw_t* data() const {
    return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}

struct class_rw_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t version;
    const class_ro_t *ro;
    method_list_t * methods;    // 方法列表
    property_list_t *properties;    // 属性列表
    const protocol_list_t * protocols;  // 协议列表
    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
};

class_ro_t 是这样定义的

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;  // instance对象占用的内存空间
#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;
};

对象的isa指针指向哪里?

实例对象的isa指针指向自己的class对象

类对象的isa指针指向元类对象

元类对象的isa指针指向基类(NSObejct)的元类对象

OC的类信息存放在哪里?

OC的类信息 包含属性信息 协议信息 方法信息 成员变量信息 父类信息

父类信息包含在类对象的superClass指针里

对象方法 属性 成员变量 协议信息存放在类对象中

类方法存放在元类对象中

成员变量的具体值存放在实例对象里面