1.oc对象的本质
-
我们平时编写的Objective-C代码,底层实现其实都是C\C++代码。
编译过程
所以Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的。如果我们想将研究其底层就要先转换为C/C++文件。
- 将Objective-C代码转换为C\C++代码
- 打开终端,cd到你所要转成C/C++语言文件的目录里;
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ls/ls-l
列举查看一下文件夹下是否有对应的OC文件; -
clang -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
(编译器重写oc文件并输出c++文件),如下:
hejundeMBP:~ hejun$ cd /Users/hejun/Desktop/OC本质/OC本质
hejundeMBP:OC本质 hejun$ ls
main.m
hejundeMBP:OC本质 hejun$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
这样就会在该文件夹下生成一个c++文件,但是这样生成的文件太大,因为编译器转化代码要看什么平台,没有直达平台架构所以生成文件包含了所有的架构下的代码,所以一般不这么转化。
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
(Xcode指定是iphoneos然后编译器告诉是arm64架构下重写oc文件并输出c++文件)如下:
hejundeMBP:~ hejun$ cd /Users/hejun/Desktop/OC本质/OC本质
hejundeMBP:OC本质 hejun$ ls
hejundeMBP:OC本质 hejun$ xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main_arm64.cpp
hejundeMBP:OC本质 hejun$
这样生成的文件就小很多了
生成C++文件
如果需要链接其他框架,使用-framework参数。(比如-framework UIKit)。
为何不在不生成c文件而生成c++文件,因为生存的c++文件里面包含c,并且c++是支持c的。
不同平台支持的代码肯定是不一样,模拟器(i386)、32bit(armv7)、64bit(arm64)。
- Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的什么数据结构实现的?
进入NSObject
头文件可以看到,里面有一个Class
类型的isa
成员变量,点击进Class
可以发现其是一个指向结构体的指针,在main
函数中创建一个NSObject
转成C++代码里面会生存一个NSObject_IMPL
(NSObject_implementation即NSObject的底层实现)结构体。
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};。
底层结构
- 自定义一个
Student
类继承NSObject
,添加_no
,_age
属性,分析一下结构和所占内存打小。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;
//获得类的实例对象大小
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
//获得stu指针所指向的内存大小
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));
//因为Student_IMPL结构体和Student结构一样,将stu的对象强转为指向Student_IMPL结构体的指针
struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
//通过结构体指针访问结构体变量
NSLog(@"no is %d, age is %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age);
}
return 0;
}
打断点分析内存(方法:Debug -> Debug Workfllow -> View Memory (Shift + Command + M)
然后将对象指针地址输入Address
输入框):
结果可见:内存占了16个字节,前面8为是是isa
指针所占内存,后8为中的两个OA
则是no和age的值为10(注意Mac是高位向地位寻址。
打印结果如下:
结果可见确实是占了16个字节(8+4+4),但是如果打印NSObject
则class_getInstanceSize
获得的是8位,malloc_size
是16位,因为前者是获得类的实例对象大小只有一个指针所以是8位,后者是获得指针指向的内存大小,苹果归档如何小于16位则是16位,所以最少是16位(具体可以去看源码,这里不再一一列举)。
具体分析示意图如下:
底层实现.png
所以Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的结构体实现的。
2.instance、class、meta-class.
- OC对象的分类:
instance
对象(实例对象)、class
对象(类对象)、meta-class
对象(元类对象)。
-
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。 -
instance
对象在内存中存储的信息包括:
- qq
isa
指针、 - 其他成员变量。
- 同一个类
alloc
出两个实例对象是两个不同的对象分别占用两块内存:
instance.png
- 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)
meta-class.png
-
objectMetaClass是NSObject的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
-
获取元类方法
Class object_getClass(id obj)
传入类名时获取元类,runtimeApi。 -
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)
metaclass.png
-
注意:runtime有两个获取类的方法
Class objc_getClass(const char *aClassName)
、Class object_getClass(id obj)
,前者传入字符串类名返回返回对应的类对象;后者传入的obj可能是instance对象、class对象、meta-class对象,如果是instance对象,返回class对象、如果是class对象,返回meta-class对象,如果是meta-class对象,返回NSObject(基类)的meta-class对象。 -
判断是否元类方函数:
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
。
3.isa、superclass.
-
isa
-
instance
的isa
指向class
,当调用对象方法时,通过instance
的isa
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,通过class
的isa
找到meta-class
,最后找到类方法的实现进行调用
isa.png
-
-
superclass.pngsuperclass
:当子类的instance
对象要调用父类的对象方法时,会先通过isa
找到子类的class
,然后通过superclass
找到父类的class
,最后找到对象方法的实现进行调用。
-
meta-class的superclass.pngmeta-class
对象的superclass
指针:当子类的class要调用父类的类方法时,会先通过isa找到子类的meta-class
,然后通过superclass
找到父类的meta-class
,最后找到类方法的实现进行调用(注意如果直到基类的meta-class也找不该方法就会去基类中去找同名的对象方法,找到了就会调用,找不到就报该类找不到此方法的错误
)
-
isa
、uperclass
总结
- instance的isa指向class
- class的isa指向meta-class
- meta-class的isa指向基类的meta-class
- class的superclass指向父类的class
- 如果没有父类,superclass指针为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class
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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meta-class,如果找到基类的meta-class还没有找到就去找基类的class,示意图如下:
oc方法调用流程.png -
class、meta-class对象的本质结构都是
oc类对象的本质.pngstruct objc_class
4.面试题
1.一个NSObject对象占用多少内存?
系统分配了16个字节给NSObject对象(通过malloc_size 函数获得)
但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间(64bit环境下,可以通过class_getInstanceSize函数获得)
2.对象的isa指针指向哪里?
instance对象的isa指向class对象
class对象的isa指向meta-class对象
meta-class对象的isa指向基类的meta-class对象
3.OC的类信息存放在哪里?
成员变量的具体值,存放在instance对象
对象方法、属性、成员变量、协议信息,存放在class对象中
类方法,存放在meta-class对象中
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