OC对象

我们平时编写的Objective-C代码，底层实现其实都是C\C++代码，Objective-C转换成C\C++，再转换成汇编语言，然后是机器语言，如下图：

image.png

Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的，那么Objective-C的对象、类主要是基于C\C++的什么数据结构实现的呢？(结构体)

将Objective-C代码转换为C\C++代码的方法：
xcrun -sdk iphoneos 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

1、NSObject的底层实现

struct NSObject_IMPL {
    Class isa; // 8个字节
};
// 指针
// typedef struct objc_class *Class;

那么一个NSObject对象占用多少个字节呢？

// 16个字节
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
// 获得NSObject实例对象的成员变量所占用的大小 >> 8
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
// 获得obj指针所指向内存的大小 >> 16
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj));

我们可以看到，OC类底层实现的本质就是一个结构体，而isa就是一个指针（typedef struct objc_class *Class），所以isa占用了8个字节（64位）。实际上系统分配了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）

同理一个Person对象占用多少内存空间?

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;  // 8
    int _age;  // 4
    int _height;  // 4
    int _no;  // 4
}; // 计算结构体大小，内存对齐，24

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

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[Person alloc] init];  
        NSLog(@"%zd %zd",
              class_getInstanceSize([Person class]), // 24
              malloc_size((__bridge const void *)(p))); // 32
    }
    return 0;
}
//打印结果： 24  32

可以看到Person底层结构体需要20个字节，由于结构体内存对齐，结构体的大小必须是最大成员大小的倍数， 计算出Person的对象的内存占用 24，但是苹果自有内存对齐方式为16的倍数，所以最终一个Person对象占用的内存为32个字节。

如何实时查看内存数据

通过查看内存 ，也可以验证Person对象的内存大小为32个字节
Debug -> Debug Workfllow -> View Memory（Shift + Command + M）

image.png

2、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：实例对象、class对象、meta-class对象（元类对象）

instance对象（实例对象）

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

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

object1、object2是NSObject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

image.png

class对象（类对象）

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

Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass2 = [object2 class];
Class objectClass3 = object_getClass(object1);
Class objectClass4 = object_getClass(object2);
Class objectClass5 = [NSObject class];

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）
  ......

image.png

meta-class对象（元类对象）

Class objectClass = object_getClass( [NSObject class]);
//注意~~~~~~
//Class objectClass = [[NSObject class] class];
获取的objectClass是class对象，并不是meta-class对象

3、窥探struct objc_class的结构

image.png

#import <Foundation/Foundation.h>

#ifndef MJClassInfo_h
#define MJClassInfo_h

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

#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t;
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t cache_key_t;

struct bucket_t {
    cache_key_t _key;
    IMP _imp;
};

struct cache_t {
    bucket_t *_buckets;
    mask_t _mask;
    mask_t _occupied;
};

struct entsize_list_tt {
    uint32_t entsizeAndFlags;
    uint32_t count;
};

struct method_t {
    SEL name;
    const char *types;
    IMP imp;
};

struct method_list_t : entsize_list_tt {
    method_t first;
};

struct ivar_t {
    int32_t *offset;
    const char *name;
    const char *type;
    uint32_t alignment_raw;
    uint32_t size;
};

struct ivar_list_t : entsize_list_tt {
    ivar_t first;
};

struct property_t {
    const char *name;
    const char *attributes;
};

struct property_list_t : entsize_list_tt {
    property_t first;
};

struct chained_property_list {
    chained_property_list *next;
    uint32_t count;
    property_t list[0];
};

typedef uintptr_t protocol_ref_t;
struct protocol_list_t {
    uintptr_t count;
    protocol_ref_t list[0];
};

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;
};

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;
};

#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {
    uintptr_t bits;
public:
    class_rw_t* data() {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
};

/* OC对象 */
struct mj_objc_object {
    void *isa;
};

/* 类对象 */
struct mj_objc_class : mj_objc_object {
    Class superclass;
    cache_t cache;
    class_data_bits_t bits;
public:
    class_rw_t* data() {
        return bits.data();
    }
    
    mj_objc_class* metaClass() {
        return (mj_objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);
    }
};