OC对象本质

在探索oc对象本质前，先了解一个编译器：clang

Clang

• Clang是一个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/Objective-C的轻量级编译器。
• 源代码发布于BSD协议下。
• Clang将支持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更好的处理constexpr关键字。
• 主要是用于底层编译，将一些文件输出成c++文件，例如main.m 输出成main.cpp，其目的是为了更好的观察底层的一些结构 及 实现的逻辑，方便理解底层原理。

探索对象本质

• 在main.m中自定义一个LGPerson类对象，拥有一个name属性。

@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation LGPerson
@end

• 通过终端，利用clang将main.m编译成main.cpp，有以下几种编译命令，这里使用的是第一种

//1、将 main.m 编译成 main.cpp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

//2、将 ViewController.m 编译成  ViewController.cpp
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.7.sdk ViewController.m

//以下两种方式是通过指定架构模式的命令行，使用xcode工具 xcrun
//3、模拟器文件编译
- xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 

//4、真机文件编译
- xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp 

// UIKit报错问题
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m

• 打开编译好的main.cpp，找到LGPerson的定义，发现LGPerson在底层会被编译成 struct结构体
  • LGPerson_IMPL中的第一个属性其实就是isa，是继承自NSObject，属于伪继承，伪继承的方式是直接将NSObject结构体定义为LGPerson中的第一个属性，意味着LGPerson 拥有 NSObject中的所有成员变量。
  • LGPerson中的第一个属性NSObject_IVARS等效于NSObject中的isa。

//NSObject的定义
@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

//NSObject 的底层编译
struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

//LGPerson的底层编译
struct LGPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 等效于 Class isa;
    NSString *_name;
};

如下图所示

总结

• OC对象的本质其实就是结构体
• LGPerson中的isa是继承自NSObject中的isa

cls 与 类 的关联原理

构造数据类型的方式有以下两种：

• 结构体（struct）
• 联合体（union，也称为共用体）

结构体

结构体是指把不同的数据组合成一个整体，其变量是共存的，变量不管是否使用，都会分配内存。

• 缺点：所有属性都分配内存，比较浪费内存，假设有4个int成员，一共分配了16字节的内存，但是在使用时，你只使用了4字节，剩余的12字节就是属于内存的浪费
• 优点：存储容量较大，包容性强，且成员之间不会相互影响

联合体

联合体也是由不同的数据类型组成，但其变量是互斥的，所有的成员共占一段内存。而且共用体采用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会将原来成员的值覆盖掉。

• 缺点：包容性弱。
• 优点：所有成员共用一段内存，使内存的使用更为精细灵活，同时也节省了内存空间。

isa的类型 isa_t

以下是isa指针的类型isa_t的定义，从定义中可以看出是通过联合体（union）定义的。

union isa_t { //联合体
   isa_t() { }
   isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
   //提供了cls 和 bits ，两者是互斥关系
   Class cls;
   uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
   struct {
       ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
   };
#endif
};

isa_t类型使用联合体的原因也是基于内存优化的考虑，这里的内存优化是指在isa指针中通过char + 位域（即二进制中每一位均可表示不同的信息）的原理实现。通常来说，isa指针占用的内存大小是8字节，即64位，已经足够存储很多的信息了，这样可以极大的节省内存，以提高性能。

从isa_t的定义中可以看出：

• 提供了两个成员，cls和 bits，由联合体的定义所知，这两个成员是互斥的，也就意味着，当初始化isa指针时，有两种初始化方式

  • 通过cls初始化，bits无默认值
  • 通过bits初始化，cls有默认值

• 还提供了一个结构体定义的位域，用于存储类信息及其他信息，结构体的成员ISA_BITFIELD，这是一个宏定义，有两个版本__arm64__（对应ios 移动端） 和 __x86_64__（对应macOS），以下是它们的一些宏定义，如下图所示

• nonpointer有两个值，表示自定义的类等，占1位

  • 0：纯isa指针
  • 1：不只是类对象地址，isa中包含了类信息、对象的引用计数等

• has_assoc表示关联对象标志位，占1位

  • 0：没有关联对象
  • 1：存在关联对象

• has_cxx_dtor表示该对象是否有C++/OC的析构器（类似于dealloc），占1位

  • 如果有析构函数，则需要做析构逻辑
  • 如果没有，则可以更快的释放对象

• magic 用于调试器判断当前对象是真的对象 还是 没有初始化的空间，占6位

• weakly_refrenced是 指对象是否被指向 或者 曾经指向一个ARC的弱变量

  • 没有弱引用的对象可以更快释放

• deallocating 标志对象是是否正在释放内存

• has_sidetable_rc表示 当对象引用计数大于10时，则需要借用该变量存储进位

• extra_rc（额外的引用计数） --- 导尿管表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减1

  • 如果对象的引用计数为10，那么extra_rc为9，
  • 如果对象的引用计数大于10，则需要使用到下面的has_sidetable_rc

以arm64为例，其isa的存储情况如图所示