iOS底層原理總結(jié) - 探尋OC對象的本質(zhì)
作者：xx_cc
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面試題：一個(gè)NSObject對象占用多少內(nèi)存蕾额？
探尋OC對象的本質(zhì)，我們平時(shí)編寫的Objective-C代碼彼城，底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)都是C\C++代碼凡简。
OC的對象結(jié)構(gòu)都是通過基礎(chǔ)C\C++的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的逼友。
我們通過創(chuàng)建OC文件及對象，并將OC文件轉(zhuǎn)化為C++文件來探尋OC對象的本質(zhì)
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
我們看一下NSObject_IMPL內(nèi)部
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
// 查看Class本質(zhì)
typedef struct objc_class *Class;
我們發(fā)現(xiàn)Class其實(shí)就是一個(gè)指針秤涩，對象底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是這個(gè)樣子。
思考： 一個(gè)OC對象在內(nèi)存中是如何布局的司抱。
NSObjcet的底層實(shí)現(xiàn)筐眷，點(diǎn)擊NSObjcet進(jìn)入發(fā)現(xiàn)NSObject的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)
@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
@end
那么這個(gè)結(jié)構(gòu)體占多大的內(nèi)存空間呢，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)體只有一個(gè)成員习柠，isa指針匀谣，而指針在64位架構(gòu)中占8個(gè)字節(jié)。也就是說一個(gè)NSObjec對象所占用的內(nèi)存是8個(gè)字節(jié)资溃。到這里我們已經(jīng)可以基本解答第一個(gè)問題武翎。但是我們發(fā)現(xiàn)NSObject對象中還有很多方法，那這些方法不占用內(nèi)存空間嗎溶锭？其實(shí)類的方法等也占用內(nèi)存空間宝恶，但是這些方法所占用的存儲空間并不在NSObject對象中。
為了探尋OC對象在內(nèi)存中如何體現(xiàn)趴捅，我們來看下面一段代碼
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
上面一段代碼在內(nèi)存中如何體現(xiàn)的呢垫毙？上述一段代碼中系統(tǒng)為NSObject對象分配8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間，用來存放一個(gè)成員isa指針拱绑。那么isa指針這個(gè)變量的地址就是結(jié)構(gòu)體的地址综芥，也就是NSObjcet對象的地址。
假設(shè)isa的地址為0x100400110猎拨，那么上述代碼分配存儲空間給NSObject對象膀藐，然后將存儲空間的地址賦值給objc指針。objc存儲的就是isa的地址红省。objc指向內(nèi)存中NSObject對象地址额各，即指向內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)體，也就是isa的位置类腮。
自定義類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)
@interface Student : NSObject{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
@implementation Student
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu -> _no = 4;
stu -> _age = 5;
NSLog(@"%@",stu);
}
return 0;
}
@end
按照上述步驟同樣生成c++文件臊泰。并查找Student，我們發(fā)現(xiàn)Student_IMPL
struct Student_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _no;
int _age;
};
發(fā)現(xiàn)第一個(gè)是 NSObject_IMPL的實(shí)現(xiàn)蚜枢。而通過上面的實(shí)驗(yàn)我們知道NSObject_IMPL內(nèi)部其實(shí)就是Class isa
那么我們假設(shè) struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; 等價(jià)于 Class isa;
可以將上述代碼轉(zhuǎn)化為
struct Student_IMPL {
Class *isa;
int _no;
int _age;
};
因此此結(jié)構(gòu)體占用多少存儲空間缸逃，對象就占用多少存儲空間。因此結(jié)構(gòu)體占用的存儲空間為厂抽，isa指針8個(gè)字節(jié)空間+int類型_no4個(gè)字節(jié)空間+int類型_age4個(gè)字節(jié)空間共16個(gè)字節(jié)空間
Student *stu = [[Student alloc] init];
stu -> _no = 4;
stu -> _age = 5;
實(shí)際上想要獲取對象占用內(nèi)存的大小需频，可以通過更便捷的運(yùn)行時(shí)方法來獲取。
class_getInstanceSize([Student class])
NSLog(@"%zd,%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]) ,class_getInstanceSize([Student class]));
// 打印信息 8和16
更復(fù)雜的繼承關(guān)系
面試題：在64bit環(huán)境下筷凤， 下面代碼的輸出內(nèi)容昭殉？
/* Person */
@interface Person : NSObject
{
int _age;
}
@end
@implementation Person
@end
/* Student */
@interface Student : Person
{
int _no;
}
@end
@implementation Student
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"%zd %zd",
class_getInstanceSize([Person class]),
class_getInstanceSize([Student class])
);
}
return 0;
}
16 和 16 內(nèi)存對齊苞七，繼承NSObject對象有一個(gè)isa指針。
OC對象的分類
面試題：OC的類信息存放在哪里挪丢。
面試題：對象的isa指針指向哪里蹂风。
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
/* Person */
@interface Person : NSObject <NSCopying>
{
@public
int _age;
}
@property (nonatomic, assign) int height;
- (void)personMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end
@implementation Person
- (void)personMethod {}
+ (void)personClassMethod {}
@end
/* Student */
@interface Student : Person <NSCoding>
{
@public
int _no;
}
@property (nonatomic, assign) int score;
- (void)studentMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end
@implementation Student
- (void)studentMethod {}
+ (void)studentClassMethod {}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
Student *stu = [[Student alloc] init];
[Student load];
Person *p1 = [[Person alloc] init];
p1->_age = 10;
[p1 personMethod];
[Person personClassMethod];
Person *p2 = [[Person alloc] init];
p2->_age = 20;
}
return 0;
}
OC的類信息存放在哪里
OC對象主要可以分為三種
instance對象（實(shí)例對象）
class對象（類對象）
meta-class對象（元類對象）
instance對象就是通過類alloc出來的對象，每次調(diào)用alloc都會產(chǎn)生新的instance對象
NSObjcet *object1 = [[NSObjcet alloc] init];
NSObjcet *object2 = [[NSObjcet alloc] init];
object1和object2都是NSObject的instace對象（實(shí)例對象），但他們是不同的兩個(gè)對象，并且分別占據(jù)著兩塊不同的內(nèi)存怎炊。
instance對象在內(nèi)存中存儲的信息包括
1.isa指針
2.其他成員變量
衍生問題：在上圖實(shí)例對象中根本沒有看到方法维费，那么實(shí)例對象的方法的代碼放在什么地方呢？那么類的方法的信息，協(xié)議的信息，屬性的信息都存放在什么地方呢？
class對象
我們通過class方法或runtime方法得到一個(gè)class對象趋距。class對象也就是類對象
Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass2 = [object2 class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
// runtime
Class objectClass4 = object_getClass(object1);
Class objectClass5 = object_getClass(object2);
NSLog(@"%p %p %p %p %p", objectClass1, objectClass2, objectClass3, objectClass4, objectClass5);
每一個(gè)類在內(nèi)存中有且只有一個(gè)class對象≡匠可以通過打印內(nèi)存地址證明
class對象在內(nèi)存中存儲的信息主要包括
1.isa指針
2.superclass指針
3.類的屬性信息（@property）节腐，類的成員變量信息（ivar）
4.類的對象方法信息（instance method），類的協(xié)議信息（protocol）
成員變量的值時(shí)存儲在實(shí)例對象中的廊敌，因?yàn)橹挥挟?dāng)我們創(chuàng)建實(shí)例對象的時(shí)候才為成員變賦值铜跑。但是成員變量叫什么名字，是什么類型骡澈，只需要有一份就可以了锅纺。所以存儲在class對象中。
類方法放在那里肋殴？
元類對象 meta-class
//runtime中傳入類對象此時(shí)得到的就是元類對象
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
// 而調(diào)用類對象的class方法時(shí)得到還是類對象囤锉，無論調(diào)用多少次都是類對象
Class cls = [[NSObject class] class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
class_isMetaClass(objectMetaClass) // 判斷該對象是否為元類對象
NSLog(@"%p %p %p", objectMetaClass, objectClass3, cls); // 后面兩個(gè)地址相同，說明多次調(diào)用class得到的還是類對象
每個(gè)類在內(nèi)存中有且只有一個(gè)meta-class對象护锤。
meta-class對象和class對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的官地，但是用途不一樣，在內(nèi)存中存儲的信息主要包括
isa指針
superclass指針
類的類方法的信息（class method）
meta-class對象和class對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的烙懦，所以meta-class中也有類的屬性信息驱入，類的對象方法信息等成員變量，但是其中的值可能是空的氯析。
對象的isa指針指向哪里
當(dāng)對象調(diào)用實(shí)例方法的時(shí)候亏较，我們上面講到，實(shí)例方法信息是存儲在class類對象中的掩缓，那么要想找到實(shí)例方法雪情，就必須找到class類對象，那么此時(shí)isa的作用就來了你辣。
instance的isa指向class巡通，當(dāng)調(diào)用對象方法時(shí)尘执，通過instance的isa找到class，最后找到對象方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用宴凉。
當(dāng)類對象調(diào)用類方法的時(shí)候誊锭，同上，類方法是存儲在meta-class元類對象中的弥锄。那么要找到類方法炉旷，就需要找到meta-class元類對象，而class類對象的isa指針就指向元類對象
class的isa指向meta-class
當(dāng)調(diào)用類方法時(shí)叉讥，通過class的isa找到meta-class，最后找到類方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用
當(dāng)對象調(diào)用其父類對象方法的時(shí)候饥追，又是怎么找到父類對象方法的呢图仓？，此時(shí)就需要使用到class類對象superclass指針但绕。
當(dāng)Student的instance對象要調(diào)用Person的對象方法時(shí)救崔，會先通過isa找到Student的class，然后通過superclass找到Person的class捏顺，最后找到對象方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用六孵，同樣如果Person發(fā)現(xiàn)自己沒有響應(yīng)的對象方法，又會通過Person的superclass指針找到NSObject的class對象幅骄，去尋找響應(yīng)的方法
當(dāng)類對象調(diào)用父類的類方法時(shí)劫窒，就需要先通過isa指針找到meta-class，然后通過superclass去尋找響應(yīng)的方法
當(dāng)Student的class要調(diào)用Person的類方法時(shí)拆座，會先通過isa找到Student的meta-class主巍，然后通過superclass找到Person的meta-class，最后找到類方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用
本文面試題總結(jié)：
一個(gè)NSObject對象占用多少內(nèi)存挪凑？
答：一個(gè)指針變量所占用的大性兴鳌（64bit占8個(gè)字節(jié)，32bit占4個(gè)字節(jié)）
對象的isa指針指向哪里躏碳？
答：instance對象的isa指針指向class對象搞旭，class對象的isa指針指向meta-class對象，meta-class對象的isa指針指向基類的meta-class對象菇绵，基類自己的isa指針也指向自己肄渗。
OC的類信息存放在哪里？
答：成員變量的具體值存放在instance對象脸甘。對象方法恳啥，協(xié)議，屬性丹诀，成員變量信息存放在class對象钝的。類方法信息存放在meta-class對象翁垂。
