OC语法相关

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（在64bit环境下，可以ton过class_getInstanceSize函数获得

2.对象的isa指针指向哪里？

• instance对象的isa指针指向class对象
• class对象的isa指针指向meta-class对象
• meta-class对象的isa指针指向基类的meta-class对象

3.OC的类信息存放在哪里？

• 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
• 成员变量的具体值，存放在instance对象

KVO

• KVO的全称是Key-Value-Observing，俗称“键值监听”，可以用于监听某个对象属性值的改变

                  ——————监听—————— 
  Person（age）                         Observer
                  <————————————————
  

未使用KVO监听的对象

• Person的instance对象（isa)
• Person的class对象（isa、superclass、setAge：、age、......)
  • [Person setAge:]
  • [Person age]

使用了KVO监听的对象

• Person的instance对象（isa）
• NSKVONotifying_Person的class对象（isa、superclass、setAge：、class、dealloc、_isKVOA、......)
  • setAge: 内部调用 Foundation的 _NSSetIntValueAndNotify
  • class return [Person class]
• Person的class对象（isa、superclass、setAge：、age、......)
  • [Person setAge:]
  • [Person age]

_NSSet*ValueAndNotify的内部实现

    [self willChangeValueForKey:@"age"];
    // 原来的setter实现
    [self didChangeValueForKey:@"age"];

• 调用willChangeValueForKey:
• 调用原来的setter实现
• 调用didChangeValueForKey:
  • didChangeValueForKey:内部会调用observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

1.iOS用什么方式实现对一个对象的KVO?(KVO的本质是什么？）

• 利用RuntimeApi动态生成一个子类，并且让instance对象的isa指针指向这个全新的子类
• 当修改instance对象的属性时，会调用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函数
  • willChangeValueForKey:
  • 父类原来的setter
  • didChangeValueForKey:
• 内部会触发监听器（Oberser）的监听方法（observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:)

2.如何手动触发KVO？

手动调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

3.直接修改成员变量会触发KVO么？

不会触发KVO

4.通过KVC修改属性会触发KVO么？

会触发KVO

KVC

• KVC的全称是Key-Value Coding，俗称”键值编码“，可以通过一个key来访问某个属性

常见的API

    - (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;
    - (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;
    - (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;
    - (id)valueForKey:(NSString *)key;

setValue:forKey:的原理

• setValue:forKey:
  • 按照setKey:、_setKey:顺序查找方法
    • 找到了方法（传递参数，调用方法）
    • 没找到方法
      • 查看accessInstanceVariablesDirectly方法的返回值
        • NO（调用setValue:forUndefinedKey并抛出异常NSUnknownKeyException
        • YES
          • 按照 _key、 _isKey、key、isKey顺序查找成员变量
            • 找到了成员变量（直接赋值）
            • 没有找到成员变量（调用setValue:forUndefinedKey:并抛出异常NSUnknownKeyException）

valueForKey:的原理

• valueForKey:
  • 按照 getKey、key、isKey、_key顺序查找方法
    • 找到了方法（调用方法）
    • 没找到方法
      • 查看accessInstanceVariablesDirectly方法的返回值
        • NO（调用valueForUndefinedKey:并抛出异常NSUnknownKeyException）
        • YES（按照_key、isKey、key、isKey的顺序查找成员变量)
          • 找到了成员变量（直接取值）
          • 没有找到成员变量（调用valueForUndefindKey:并抛出异常NSUnknownKeyException）

Category

Category的底层结构

• 定义在objc-runtime-new.h中

    struct category_t {
        const char * name;
        classref_t cls;
        struct method_list_t * instanceMethods;
        struct methos_list_t * classMethods;
        struct protocol_list_t * protocols;
        struct property_list_t * instanceProperties;
        struct property_list_t * _classProperties;
        
        method_list_t * methodsForMeta(bool isMeta) {
            if (isMeta) return classMethods;
            else return instanceMethods;
        }
        
        property_list_t * propertiesForMeta(bool isMeta, struct header_info * hi);
    };

Category的加载处理过程

• 1.通过Runtime加载某个类的所有Category数据
• 2.把所有Category方法、属性、协议数据，合并到一个大数组中
  • 后面参与编译的Category数据，会在数组的前面
• 3.将合并后的分类数据（方法、属性、协议），插入到类原来数据的前面

源码解读顺序

objc-os.mm
        _objc_init
        map_images
        map_images_nolock
        
objc_runtime-new.mm
        _read_images
        remethodizeClass
        attachCategories
        attachLists
        realloc、memmove、memcpy

1.Category的使用场合是什么？

• Category的实现原理
  • Category编译之后的底层结构是struct categort_t，里面存储着分类的对象方法、类方法、属性、协议信息
  • 在程序运行的时候，runtime会将Category的数据，合并到类信息中（类对象、元类对象中）
• Category和Class Extension的区别是什么?
  • Class Extension在编译的时候，它的数据就已经包含在类信息中
  • Category是在运行时，才会将数据合并到类信息中

2.Category中有load方法吗？load方法是什么时候调用的？load方法能继承吗？

• 有load方法
• load方法在runtime加载类、分类的时候调用
• load方法可以继承，但是一般情况下不会主动去调用load方法，都是让系统自动调用

3.Category能否添加成员变量？如果可以，如何给Category添加成员变量？

• 不能直接给Category添加成员变量，但是可以间接实现Category有成员变量的效果

如何实现给分类”添加成员变量“?

• 默认情况下，因为分类底层结构的限制，不能添加成员变量到分类中。但是可以通过关联对象来间接实现
• 关联对象提供了以下API

    // 添加关联对象
    void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
    
    // 获得关联对象
    id objc_getAssociatedObject(id object, const void * key)
    
    // 移除所有的关联对象
    void objc_removeAssociatedObjects(id object)

key的常见用法

    static void *MyKey = &MyKey;
    objc_setAssociatedObject(obj, MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
    objc_getAssociatedObject(obj, &MyKey)
    
    static char MyKey;
    objc_setAssociatedObject(obj, &MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
    objc_getAssociatedObject(obj, &MyKey)
    
    // 使用属性名作为key
    objc_setAssociatedObject(obj, @"property", value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
    objc_getAssociatedObject(obj, @"property")
    
    // 使用get方法的@selector作为key
    objc_setAssociatedObject(obj, @selected(getter), value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
    objc_getAssociatedObject(obj, @selector(getter))    
    

objc_AssociationPolicy

objc_AssociationPolicy	对应的修饰符
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN	assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC	strong,nonatomic
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC	copy,nonatomic
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN	strong, atomic
OBJC_ASSOCIATION_COPY	copy, atomic

关联对象的原理

• 实现关联对象技术的核心对象有
  • AssociationsManager
  • AssociationsHashMap
  • ObjectAssociationMap
  • ObjcAssociation

objc4源码解读：objc-references.mm

    class AssociationsManager {
        static AssociationsHashMap *_map;
    };
    
    class AssociationsHashMap : public unordered_map<disguised_ptr_t, ObjectAssociationMap>
    class ObjectAssociationMap : public std::map<void *, ObjcAssociation>
    class ObjcAssociation {
        uintptr_t _policy;
        id _value;
    };

关联对象并不是存储在被关联对象本身内存中

关联对象存储在全局的统一的一个AssociationsManager中

设置关联对象为nil，就相当于是移除关联对象

+load方法

• +load方法会在runtime加载类、分类的时候调用
• 每个类、分类的+load,在程序运行过程中只调用一次
• 调用顺序
  • 1.先调用类的+load
    • 按照编译先后顺序调用（先编译，先调用）
    • 调用子类的+load之前会调用父类的+load
  • 2.在调用分类的+load
    • 按照编译先后顺序调用（先编译，先调用）

源码解读顺序

+load方法时根据方法地址直接调用，并不是经过objc_msgSend函数调用

objc-os.mm
        _objc_init
        load_images
        prepare_load_methods
            schedule_class_load
            add_class_to_loadable_list
            add_category_to_loadable_list
        call_load_methods
            call_class_loads
            call_category_loads
            (*load_method)(cls,SEL_load)

+initialize方法

• +initialize方法会在类第一次接收到消息时调用
• 调用顺序
  • 先调用父类的+initialize方法，再调用子类的+initialize方法
  • (先初始化父类，在初始化子类，每个类只会初始化1次）
• +initialize和+load的很大区别是，+initialize是通过objc_msgSend进行调用的，所以有一下特点
  • 如果子类没有时间+initialize，会调用父类的+initialize（所以父类的+initialize可能会被调用多次）
  • 如果分类实现了+initialize，就会覆盖本身的+initialize调用

Block

block的本质

• block本质上也是一个OC对象，它内部也有个isa指针
• block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象
• block的底层机构
  • Block_layout（(void*)isa、(int)flags、(int)reserved、(void*(void*,...))invoke、(struct Block_descriptor *)descriptor、variables)
    • Block_descriptor（(unsigned long int)reserved、(unsigned long int)size、(void*(void*,void*))copy、(void*(void*))dispose）

block变量捕获(capture)

变量类型	捕获到block内部	访问方式
局部变量 auto	是	值传递
局部变量 static	是	指针访问
全局变量	否	直接访问

atuo变量的捕获

    
    int age = 20;
    void (^block)(void) = ^{
        NSLog(@"age is %d", age);
    };
    
    struct __main_block_impl_0 {
        struct __block_impl impl;
        struct __main_block_desc_0 *Desc;
        int age;
    };
    
    // impl
    struct __block_impl {
        void *isa;
        int Flags;
        int Reserved;
        void *FuncPtr;
    };
    
    // Desc
    struct __main_block_desc_0 {
        size_t reserved;
        size_t Block_size;
    };

block的类型

• block有3中类型，可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型，最终都是继承自NSBlock类型
  • __NSGlobalBlock__ (_NSConcreteGlobalBlock) 存放在数据区域.data区
  • __NSMallocBlock__(_NSConcreteMallocBlock) 堆
  • __NSStackBlock__ (_NSConcreteStackBlock) 栈

block类型	环境
__NSGlobalBlock__	没有访问auto变量
__NSStackBlock__	访问了auto变量
__NSMallocBlock__	__NSStackBlock__调用了copy

• 每一种类型的block调用copy后的结果

Block的类	副本源的配置存储域	复制效果
_NSConcreteStackBlock	栈	从栈复制到堆
_NSConcreteGlobalBlock	程序的数据区域	什么也不做
_NSConcreteMallocBlock	堆	引用计数增加

block的copy

• 在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block赋值到堆上，比如以下情况

  • block作为函数的返回值时
  • 将block赋值给__strong指针时
  • block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时
  • block作为GCD API的方法参数时

• MRC下block属性的建议写法

  • @property(copy, nonatomic) void(^block)(void);

• ARC下block属性的建议写法

  • @property(strong, nonatomic) void(^block)(void);
  • @property(copy, nonatomic) void (^block)(void);

对象类型的auto变量

• 当block内部访问了对象类型的auto变量时

  • 如果block是在栈上，将不会对auto变量产生强引用

  • 如果block被拷贝到堆上

    • 会调用block内部的copy函数
    • copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
    • _Block_object_assign函数会根据auto变量的修饰符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相对应的操作，形成强引用(retain)或者弱引用

  • 如果block从堆上移除

    • 会调用block内部的dispose函数
    • dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
    • _Block_object_dispose函数会自动释放引用的auto变量（release）

1.block的原理是怎样的？本质是什么？

封装了函数调用以及调用环境的OC对象

2.block的属性修饰词为什么是copy？使用block有哪些使用注意?

• block一旦没有进行copy操作，就不会在堆上
• 使用注意：循环引用问题

函数	调用时机
copy函数	栈上的Block赋值到堆时
dispose函数	堆上的Block被废弃时

__weak问题解决

• 在使用clang转换OC为C++代码时，可能会遇到一下问题
  • cannot create __weak reference in file using manual reference
• 解决方案：支持ARC、指定运行时系统版本，比如
  • xcrun -sdk iphones clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m

__block修饰符

• __block可以用来解决block内部无法修改auto变量值得问题
• __block不能修饰全局变量、静态变量（static）
• 编译器会将__block变量包装成一个对象
  • __isa、__forwarding(指向自身的指针)、__flags、__size、val(使用值)

    __block int age = 10;
    ^{
        NSLog(@"%d", age);
    }();
    
    struct __main_block_impl_0 {
        struct __block_impl impl;
        struct __main_block_desc_0 * Desc;
        __Block_byref_age_0 * age; // by ref
    };
    
    struct __Block_byref_age_0 {
        void *__isa;
        __Block_byref_age_0 * __forwarding;
        int __flags;
        int __size;
        int age;
    };
    

__block的内存管理

• 当block在栈上时，并不会对__block变量产生强引用

• 当block被copy到堆上时

  • 会调用block内部的copy函数
  • copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
  • _Block_object_assign函数会对__block变量形成强引用(retain)

• 当block从堆上移除时

  • 会调用block内部的dispose函数
  • dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
  • _Block_object_dispose函数会自动释放引用的__block变量（release）

__block的__forwarding指针

• 栈 (__block变量用结构体、__forwarding指向自己本身的指针）
  • 复制到堆之后（栈上的__forwarding指向复制到堆上的__block变量用结构体，堆上的__forwarding指向自己本身的指针)

对象类型的auto变量、__block变量

• 当block在栈上时，对它们都不会产生强引用

• 当block拷贝到堆上时，都会通过copy函数来处理它们

  • __block变量（假设变量名叫做a)
    • _Block_object_assign((void*)&dst->a,(void*)src->a,8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  • 对象类型的auto变量（假设变量名叫做p)
    • _Block_object_assign((void*)&dst->p,(void*)src->p,3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

• 当block从堆上移除时，都会通过dispose函数来释放它们

  • __block变量（假设变量名叫做a）
    • _Block_object_dispose((void*)&dst->a, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);
  • 对象类型的auto变量（假设变量名叫做p）
    • _Block_object_dispose((void*)&dst->,3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);

对象	BLOCK_FIELD_IS_OBJECT
__block变量	BLOCK_FIELD_IS_BYREF

循环引用问题

对象(self)持有Block，Block持有对象(self)

解决循环引用问题 - ARC

• 用__weak、__unsafe_unretained解决

    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.block = ^{
        printf("%p", weakSelf);
    };
    
    __unsafe_unretained id weakSelf = self;
    self.block = ^{
        NSLog(@"%p", weakSelf);
    };

对象(self)持有Block，Block对对象的持有是弱引用

• 用__block解决（必须要调用block）

    __block id weakSelf = self;
    self.block = ^{
        printf("%p", weakSelf);
        weakSelf = nil; // (关键:设置为nil，将闭合的环切断)
    };
    self.block();

解决循环引用问题 - MRC

• 用__unsafe_unretained解决

    __unsafe_unretained id weakSelf = self;
    self.block = ^{
        NSLog(@"%p",weakSelf);
    };

• 用__block解决

    __block id weakSelf = self;
    self.block = ^{
        printf("%p", weakSelf);
    };

Objective-C的本质

• 我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++
  • Objective-c ——> C\C++ ——> 汇编语言 ——> 机器语言
• 所以Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的

思考：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
• 将Objective-C代码转换为C\C++代码
  • xcrun -sdk iphones clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
  • 如果需要链接其他框架，使用-framework参数。比如-framework UIKit

OC对象的本质

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 {
    Class isa;
}
@end

struce NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

typedef struct objc_class *Class;

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

@interface Student : NSObject {
    @public
    int _no;
    int _age;
}
@end

struct Student_IMPL {
    Class isa;
    int _no;
    int _age;
};

Student *stu = [[Student alloc] init];
stu->_no = 4;
stu->_age = 5;

struct Student_IMPL *stu2 = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
NSLog(@"%d, %d", stu2->_no, stu2->age);

@interface Student : NSOjbect {
    @public
    int _no;
    int _age;
}
@end

struct Student_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _no;
    int _age;
};

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

思考：一个Person对象、一个Student对象占用多少内存空间？

@interface Person : NSObject {
    int _age;
}
@end

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age
};

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};


@interface Student : Person {
    int _no;
}
@end

struct Student_IMPL {
    struct Person_IMPL Person_IVARS;
    int _no;
};

实时查看内存数据

• Debug ——> Debug Workfllow ——> View Memory (Shift + Command + M)

2个容易混淆的函数

创建一个实例对象，至少需要多少内存

#import <objc/runtime.h>
class_getInstanceSize([NSObject class]);

创建一个实例对象，实际上分配了多少内存？

#import <malloc/malloc.h>
malloc_size((__bridge const void *)obj);

OC对象的分类

Objective-C中的对象，简称OC对象，主要可以分为3种

• instance对象（实例对象）
• class对象（类对象）
• meta-class（元类对象）

instance

• instance对象就是通过alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象

    NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];

• object1、object2是NSBbject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
  • 其他成员变量

class

    NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
    Class objectClass1 = [object1 class];
    Class objectClass2 = [object2 class];
    Class objectClass3 = [NSObject class];
    Class objectClass4 = object_getClass(object1); // Runtime API
    Class objectClass5 = object_getClass(object2); // Runtime API

• objectClass1 ~ objectClass5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）
  • ......

meta-class

    Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]); // Runtime API

• 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
• 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）
  • ......

注意

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

    Class objectClass = [[NSObject class] class];

查看Class是否为meta-class

    
    BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);

isa指针

• 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
• instace(isa、其他成员变量）
  • instance的isa ————> class
• class(isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量.....)
  • class的isa ——————> meta-class
• meta-class(isa、superclass、类方法......)

instance（isa、其他成员便来那个）& ISA_MASK 找到 class（isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量......） & ISA_MASK 找到 meta-class（isa、superclass、类方法......)

从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址

    # if __arm64__
    #       define ISA_MASK             0x0000000ffffffff8ULL
    # elif __x86_64__
    #       define ISA_MASK             0x00007ffffffffff8ULL
    # endif

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

struct objc_class的结构

    
    struct objc_class {
        Class isa;
        Class superclass;
        cache_t cache;  // 方法缓存
        class_data_bits_t bits; // 用于获取具体的类信息
    };
    
    // bits & FAST_DATA_MASK 找到 class_rw_t结构体
    
    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;
    };
    
    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;
    };

class对象的superclass指针

@interface Student : Person
@interface Person : NSObject

• Student的class（isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量......）
  • Student的superclass指针 ——————> Person的class
• Person的class（isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量......)
  • Person的superclass指针 ————————> NSObject的class
• NSObject的class（isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量......）

当Student的instance对象调用Person的对象方法时，会先通过isa找到Student的class，然后通过superclass找到Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用

meta-class对象的superclass指针

    @interface Student : Person
    @interface Person : NSObject

• Student的meta-class（isa、superclass、类方法......）
  • Student的superclass指针 ————————> Person的meta-class
• Person的meta-class（isa、superclass、类方法......)
  • Person的superclass指针 ————————> NSObject的meta-class
• NSObject的meta-class（isa、superclass、类方法......)

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

isa、superclass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调用类方法的轨迹
  • isa找到meta-class，方法不存在，就通过superclass找父类