前序
在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的世界里，萬(wàn)物皆對(duì)象迫悠，在我們的實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，一直伴隨著巩梢，那么OC對(duì)象的本質(zhì)是什么创泄？我們一起來(lái)探索下艺玲。
開始正文
對(duì)像的本質(zhì)是什么？
首先我們來(lái)創(chuàng)建一個(gè)Demo工程,在main函數(shù)中鞠抑，我們加入以下代碼饭聚，如圖:
在終端cd到Demo目錄下，使用Clang（是由C搁拙、C++秒梳、Objective-C語(yǔ)?的輕量級(jí)編譯器。源代碼發(fā)布于BSD協(xié)議下箕速。Clang將?持其普通lambda表達(dá)式酪碘、返回類型的簡(jiǎn)化處理以及更好的處理constexpr關(guān)鍵字。Clang是?個(gè)由Apple主導(dǎo)編寫盐茎，基于LLVM的C/C++/Objective-C編譯器）命令編譯兴垦。
命令：clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-14.5.0 -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.5.sdk main.m
（/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.5.sdk這個(gè)是sdk路徑，替換自己電腦相應(yīng)的路徑)
我們把main.m編譯成cpp文件,即C++文件分析底層原理字柠。
接下來(lái)我們打開main.cpp文件,搜索一下RoPerson探越，如下圖
從上圖，我們可以看到 RoPerson_IMPL是一個(gè)struct類型,里面有一個(gè)roName成員變量窑业，跟第一張圖正好吻合扶关，也就是我們?cè)趍ain.m里定義的RoPerson類，NSObject_IVARS就是isa成員變量数冬。我們搜下struct NSObject_IMPL,可以找到如下圖：
這張圖說(shuō)明了NSObject_IVARS就是 isa成員變量。
我們?cè)俜治鲆幌碌诙垐D
typedef struct objc_object RoPerson這行代碼可以看出來(lái)搀庶，在OC里面拐纱，我們知道所有的類的最終父類都是NSObject,而在objc中，NSObject由objc_object實(shí)現(xiàn)
我們從第三張圖看到isa同Class類型哥倔，那么Class它的底層是什么類型秸架，經(jīng)過(guò)一系列的搜下，我們終于找到答案了咆蒿，如圖所示
在7849行东抹，我們看到*typedef struct objc_class Class;這行代碼，這說(shuō)明Class是objc_class結(jié)構(gòu)體指針沃测，Class只不過(guò)是一個(gè)別名而已缭黔。
我們?cè)趯?shí)際開發(fā)過(guò)程中，當(dāng)我們不確定對(duì)象的類型是蒂破，我們經(jīng)常用id來(lái)代替馏谨，而不加，從7857行代碼附迷，我們可以看出惧互，id是一個(gè)objc_object結(jié)構(gòu)體指針的別名而已哎媚，所以不用加。
我們從上面的分析結(jié)果可以得出這個(gè)結(jié)論對(duì)象在底層的本質(zhì)就是結(jié)構(gòu)體喊儡。
nonPointerIsa的分析
在介紹nonPointerIsa之前拨与，我們先介紹一下union(共用體)類型。
先貼代碼便闡述
RoCar.h代碼
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface RoCar : NSObject
@property (nonatomic, assign) BOOL front;
@property (nonatomic, assign) BOOL back;
@property (nonatomic, assign) BOOL left;
@property (nonatomic, assign) BOOL right;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
RoCar.m代碼
#import "RoCar.h"
#define LGDirectionFrontMask (1 << 0)
#define LGDirectionBackMask (1 << 1)
#define LGDirectionLeftMask (1 << 2)
#define LGDirectionRightMask (1 << 3)
@interface RoCar(){
// 聯(lián)合體
union {
char bits;
// 位域
struct {
char front : 1;
char back : 1;
char left : 1;
char right : 1;
};
} _direction;
}
@end
@implementation RoCar
- (instancetype)init
{
self = [super init];
if (self) {
_direction.bits = 0b0000000000;
}
return self;
}
- (void)setFront:(BOOL)isFront {
if (isFront) {
_direction.bits |= LGDirectionFrontMask;
} else {
_direction.bits |= ~LGDirectionFrontMask;
}
NSLog(@"%s",__func__);
}
- (BOOL)isFront{
return _direction.front;
}
- (void)setBack:(BOOL)isBack {
_direction.back = isBack;
NSLog(@"%s",__func__);
}
- (BOOL)isBack{
return _direction.back;
}
@end
main.m代碼
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <malloc/malloc.h>
#import "RoCar.h"
struct RoCar1 {
BOOL front;
BOOL back;
BOOL left;
BOOL right;
};
struct RoCar2 {
BOOL front: 1;
BOOL back : 1;
BOOL left : 1;
BOOL right: 1;
};
struct RoTeacher1 {
char *name;
int age;
double height ;
};
union RoTeacher2 {
char *name;
int age;
double height ;
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
struct RoTeacher1 teacher1;
teacher1.name = "Cooci";
teacher1.age = 18;
union RoTeacher2 teacher2;
teacher2.name = "Cooci";
teacher2.age = 18;
RoCar *car = [[RoCar alloc] init];
car.front = 1;
car.back = 0;
car.left = 0;
car.right = 1;
}
return 0;
}
RoCar1占用的內(nèi)存是4字節(jié)艾猜，由四個(gè)BOOL（占用1字節(jié)）組成买喧，占用4*8=32位，對(duì)于BOOL來(lái)講箩朴，非0即1岗喉，我們可以用其中的4位來(lái)表示front，back炸庞，left钱床，right，這樣會(huì)造成內(nèi)存的浪費(fèi)埠居，那么我們?cè)趺催M(jìn)行優(yōu)化呢查牌，下面我們來(lái)講一下。
我們可以用位域來(lái)解決
我們來(lái)看RoCar2
BOOL front: 1; （占1位）
BOOL back : 1;（占1位）
BOOL left : 1;（占1位）
BOOL right: 1;（占1位）
我們?cè)趍ain函數(shù)中加入
struct RoCar1 car1;
struct RoCar2 car2;
NSLog(@"%ld--%ld", sizeof(car1), sizeof(2));
看下結(jié)果
從上圖可以看出滥壕，car1占用4字節(jié)纸颜，car2占用1字節(jié)，這樣大大節(jié)省了內(nèi)存绎橘。
下面我們?cè)賮?lái)分析RoTeacher1(struct類型)和RoTeacher2(union類型),
加入以下代碼
struct RoTeacher1 teacher1;
teacher1.name = "Robert";
teacher1.age = 18;
union RoTeacher2 teacher2;
teacher2.name = "Robert";
teacher2.age = 18;
NSLog(@"%ld--%ld",sizeof(teacher1), sizeof(teacher2));
我們斷點(diǎn)調(diào)試一下胁孙，如下圖
可以看出struct的內(nèi)部成員都能賦值。
我們?cè)賮?lái)看RoTeacher2,斷點(diǎn)調(diào)試一下称鳞，如下圖所示
從第7張和第8張圖來(lái)看涮较，當(dāng)RoTeacher2中的name賦值時(shí)，其它變量的內(nèi)存不被使用冈止，當(dāng)我們給age賦值是name的值不存在了狂票，從這說(shuō)明在同一個(gè)時(shí)刻只能用一個(gè)變量可以使用，所以u(píng)nion是共用內(nèi)存的熙暴。
從RoTeacher1(struct類型)和RoTeacher2(union類型)對(duì)比來(lái)看闺属，struct的內(nèi)部成員是共存的，union的內(nèi)部成員是互斥的周霉，節(jié)省了內(nèi)存掂器。
弄明白了union特性后，我們?cè)賮?lái)分析isa以及nonPointerIsa诗眨。
我們打開objc源碼唉匾，找到_class_createInstanceFromZone這個(gè)函數(shù)，找到
obj->initIsa(cls);代碼，跟進(jìn)去后巍膘，再initIsa(cls, false, false);再跟下這行代碼厂财，如下圖所示
從上圖我們發(fā)出一個(gè)isa_t，我們找下它的定義,如圖
從這張圖可以看出 isa_t是union類型峡懈，當(dāng)我們來(lái)表現(xiàn)一個(gè)類的地址過(guò)程中璃饱，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)nonPointerIsa這個(gè)名字，那么什么是nonPointerIsa呢肪康？
OC中的類也是對(duì)象荚恶，也就是指針，也就是占用8 * 8=64(位),如果只用來(lái)存一個(gè)指針磷支，這樣就會(huì)造成資源浪費(fèi)谒撼，所以蘋果利用union的特性來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，存儲(chǔ)跟類相關(guān)的信息雾狈，比如引用計(jì)數(shù)廓潜，是否正在釋放，weak,關(guān)聯(lián)對(duì)象善榛，析構(gòu)函數(shù)
我們來(lái)看下ISA_BITFIELD的定義辩蛋，如圖
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \ (關(guān)聯(lián)對(duì)象)
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \ (析構(gòu))
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ （類的指針地址）\
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \ （弱引用）
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \ (散列表)
uintptr_t extra_rc : 8
nonpointer：表示是否對(duì) isa 指針開啟指針優(yōu)化
0：純isa指針，1：不?是類對(duì)象地址,isa 中包含了類信息移盆、對(duì)象的引?計(jì)數(shù)等
has_assoc：關(guān)聯(lián)對(duì)象標(biāo)志位悼院，0沒(méi)有，1存在
has_cxx_dtor：該對(duì)象是否有 C++ 或者 Objc 的析構(gòu)器,如果有析構(gòu)函數(shù),則需要做析構(gòu)邏輯,
如果沒(méi)有,則可以更快的釋放對(duì)象
shiftcls:
存儲(chǔ)類指針的值咒循。開啟指針優(yōu)化的情況下据途，在 arm64 架構(gòu)中有 33 位?來(lái)存儲(chǔ)類指針
magic：?于調(diào)試器判斷當(dāng)前對(duì)象是真的對(duì)象還是沒(méi)有初始化的空間
weakly_referenced：志對(duì)象是否被指向或者曾經(jīng)指向?個(gè) ARC 的弱變量，
沒(méi)有弱引?的對(duì)象可以更快釋放叙甸。
deallocating：標(biāo)志對(duì)象是否正在釋放內(nèi)存
has_sidetable_rc：當(dāng)對(duì)象引?技術(shù)?于 10 時(shí)昨凡，則需要借?該變量存儲(chǔ)進(jìn)位
extra_rc：當(dāng)表示該對(duì)象的引?計(jì)數(shù)值，實(shí)際上是引?計(jì)數(shù)值減 1蚁署，
例如，如果對(duì)象的引?計(jì)數(shù)為 10蚂四，那么 extra_rc 為 9光戈。如果引?計(jì)數(shù)?于 10，
則需要使?到下?的 has_sidetable_rc遂赠。
以上就是nonPointerIsa 8 ** 8 = 64位的占用的情況分析久妆。
結(jié)語(yǔ)
根據(jù)上文件的分析，OC對(duì)象在底層的本質(zhì)就是結(jié)構(gòu)體跷睦。nonPointerIsa就是利用union的特性優(yōu)化筷弦，節(jié)省內(nèi)存。
