Objective-C对象本质

NSObject

先来看一段OC代码：

#import <Foundation/Foundation.h>

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

通过以下终端命令：(指定 arm64 架构模式)

$ xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp

在 main-arm64.cpp 该文件中，可以找到以下代码：

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

通过 command + 点击 进入 NSObject 查看如下：

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa;
}

不难看出，NSObject_IMPL 就是通过 C 语言转换后的结构体

该结构体 NSObject_IMPL 中只有一个 isa 指针变量：
在 64bit 中是 8个字节 ；在 32bit 中是 4个字节

下面的代码，在内存中都干了些什么？

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

答：系统为 NSObject 对象分配了 8个字节 的内存，用来存放 isa 指针。
也就是说：
objc 存储的就是 isa 的地址；
objc 只想内存中 NSObject 对象地址，即指向内存中的结构体，也就是 isa 的位置。

自定义类

看下面代码：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Student : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@property (nonatomic, assign) int age;

@end

@implementation Student

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    @autoreleasepool {
        Student *stu = [[Student alloc] init];
        
        stu.name = @"张三";
        stu.age = 5;
        
        NSLog(@"%@", stu);
    }
    
    return 0;
}

@end

通过终端生成 .cpp 文件并查看：

struct Student_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age;
    NSString *_name;
};

第一个是不是很眼熟？是我们上面刚提到的 NSObject_IMPL 的实现，并且我们知道其内部就是 Class isa。因此我们人为的改一下 Student_IMPL ：

struct Student_IMPL {
    Class *isa;
    int _age;
    NSString *_name;
};

继承关系

我们用 Student 、 Person 、NSObject 来说明，它们三者之间的继承关系如下：

Student --继承自--> Person --继承自--> NSObject

NSObject_IMPL：

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

Person_IMPL：

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};

Student_IMPL：

struct Student_IMPL {
    struct Person_IMPL NSObject_IVARS;
};

结论：只要是继承自 NSObject 的对象，底层结构体内一定有一个 isa 指针

OC对象的种类

种类	说明	存储内容
instance对象 (实例对象)	通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象	1. isa指针 2. 成员变量的值
class对象 (类对象)	通过class方法或runtime方法得到一个class对象	1. isa指针 2. superclass指针 3. 类的属性信息（@property），类的成员变量信息（ivar） 4. 类的对象方法信息（instance method），类的协议信息（protocol）
meta-class对象 (元类对象)	runtime中 object_getClass传入类对象	1. isa指针 2. superclass指针 3. 类的类方法的信息（class method）

说明：

1. 每个类在内存中有且只有一个 class对象 (打印内存地址可证明)
2. 每个类在内存中有且只有一个meta-class对象。

对象的isa指针

1. 对象调用实例方法，如下：

[stu stundentMethod];

说明：
instance 的 isa 指向 class 。
此时，isa 找到 class，最后找到对象方法的实现进行调用。

2. 当类对象调用类方法，如下：

[Student studentClassMethod];

说明：
class 的 isa 指向 meta-class。
此时，isa 找到 meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。

3. 当对象调用其父类对象方法，如下：

[stu personMethod];

说明：
(1) instance 的 isa 找到 Student 类
(2) 通过 Student 类中的 superclass 指针找到 Person 类，找到对象方法的实现进行调用
(3) 若没找到，通过 Person 类的 superclass 指针找到 NSObject 类，去寻找响应的方法

4. 当类对象调用父类的类方法，如下：

[Student personClassMethod];

说明：
(1) instance 的 isa 找到 Student 类
(2) 通过 Student 类中的 superclass 指针找到 Person 的 meta-class，最后找到类方法的实现进行调用

总结：

1. instance的isa指向class
2. class的isa指向meta-class
3. meta-class的isa指向基类的meta-class，基类的isa指向自己
4. class的superclass指向父类的class，如果没有父类，superclass指针为nil
5. meta-class的superclass指向父类的meta-class，基类的meta-class的superclass指向基类的class
6. 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
7. 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