我們平時(shí)編寫的OC代碼帽驯，底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)都是C\C++代碼，所以O(shè)C的對象和類主要是基于C和C++的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的书闸，這里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是結(jié)構(gòu)體尼变，下面請看詳細(xì)報(bào)道。

OC代碼轉(zhuǎn)換為C和C++

有兩種方式浆劲，可以用clang（xcode內(nèi)置的llvm編譯器）直接將.m輸出為.cpp嫌术，但是不能指定平臺(tái)，一個(gè)主函數(shù)中只new一個(gè)對象的方法牌借，轉(zhuǎn)換出來的代碼會(huì)有近十萬行度气，命令：clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 。但實(shí)際上編譯器在編譯的時(shí)候會(huì)考慮平臺(tái)膨报，所以我們使用xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp命令磷籍，指定編譯平臺(tái)和架構(gòu)适荣，這樣轉(zhuǎn)換出來的代碼只有三分之一不到。這是轉(zhuǎn)換前后的代碼院领。因?yàn)檗D(zhuǎn)換后的代碼太長弛矛，所以只摘取了千百行。
在關(guān)于OC的本質(zhì)比然，通常需要來查看NSObject類的結(jié)構(gòu)丈氓，因?yàn)镹SObject是所有類的基類，我們從cpp文件中搜索NSObject强法，找到一個(gè)代碼万俗，就能看到OC類底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是C的結(jié)構(gòu)體。

struct NSObject_IMPL {
    Class isa; // 因?yàn)閏lass是個(gè)指針拟烫，所以占8個(gè)字節(jié)（64位系統(tǒng)）
};
typedef struct objc_class *Class;
// 這里要提一嘴该编，實(shí)際上NSObject的類初始化時(shí)候是占16字節(jié)，
//使用malloc_size((__bridge const void *)obj)方法就能獲得obj指針?biāo)赶騼?nèi)存的大小>>16硕淑。
//class_getInstanceSize([NSObject class])是獲得NSObject實(shí)例對象的成員變量（isa）所占用的大小 >>8字節(jié)

// OC源碼课竣，可以看出申請內(nèi)存，不能小于16字節(jié)
size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
    size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
    // CF requires all objects be at least 16 bytes.
    if (size < 16) size = 16;
    return size;
}

從上面代碼可以看出一個(gè)NSObject類申請占16字節(jié)置媳，通過lldb調(diào)試查看內(nèi)存空間于樟，前8個(gè)字節(jié)為成員變量isa的8個(gè)字節(jié)，后8個(gè)字節(jié)為占位拇囊。

<NSObject: 0x100573f70>
(lldb) memory read 0x100573f70
0x100573f70: 41 d1 a9 8d ff ff 1d 00 00 00 00 00 00 00 00 00  A...............

下面我們new一個(gè)student類

@interface Student : NSObject
{
    @public
    int _no;
    int _age;
}
@end

通過上邊的描述迂曲，我們生成一個(gè).cpp文件，可以查看這個(gè)student的對象類型是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針寥袭，源碼描述為：

struct Student_IMPL {
//這個(gè)繼承關(guān)系的NSObject就是
//struct NSObject_IMPL {
//    Class isa; // 因?yàn)閏lass是個(gè)指針路捧，所以占8個(gè)字節(jié)（64位系統(tǒng)）
//};
    struct NSObject_IMPL NSObject_VARS; 
    int _no;
    int _age;
};

通過源碼很容易理解，生成的對象大小其實(shí)就是16字節(jié)传黄，isa占8個(gè)字節(jié)杰扫，int占4個(gè)字節(jié)。最后我們通過代碼驗(yàn)證一下膘掰，具體結(jié)果可以使用lldb查看內(nèi)存空間占的值章姓，這里就不貼出來了：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Student *stu = [[Student alloc] init];
        stu->_no = 4;
        stu->_age = 5;
        
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class])); //返回這個(gè)對象至少需要多少存儲(chǔ)空間
        NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)stu));
        struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
        NSLog(@"no is %d, age is %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age);
    }
    return 0;
}

內(nèi)存對齊：

這里我們要說一下內(nèi)存對齊，來更深入的探討OC對象的內(nèi)存分配识埋。
大學(xué)里我們學(xué)過內(nèi)存對齊在結(jié)構(gòu)體中的體現(xiàn)是結(jié)構(gòu)體的大小必須是最大成員的倍數(shù)凡伊。
iOS操作系統(tǒng)分配內(nèi)存的時(shí)候也會(huì)有內(nèi)存對齊，大小是16字節(jié)的倍數(shù)窒舟，那么為什么是16的倍數(shù)系忙，其實(shí)就是操作系統(tǒng)認(rèn)為16的倍數(shù)是對操作系統(tǒng)訪問最快的方式，我們看看代碼怎么說

//new一個(gè)person類辜纲，
@interface Person : NSObject
{
    int _age;
    int _height;
    int _no;
}
//通過xrun生成cpp代碼為
struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age;
    int _height;
    int _no;
};
//打印內(nèi)存大小
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = [[Person alloc] init];
        // sizeof是編譯階段確認(rèn)類型占用內(nèi)存的大小笨觅，如果傳入的是p拦耐，這為8個(gè)字節(jié)耕腾，因?yàn)閜是一個(gè)指針類型见剩，在編譯階段就已經(jīng)確定。
        NSLog(@"%zd", sizeof(struct Person_IMPL)); // 24
        // class_getInstanceSize 是在類的創(chuàng)建時(shí)候至少需要多少存儲(chǔ)空間
        // malloc_size是最終分配了多少內(nèi)存空間
        NSLog(@"%zd %zd",
              class_getInstanceSize([Person class]), // 24
              malloc_size((__bridge const void *)(p))); // 32
    }
    return 0;
}

我們在看看malloc的源碼扫俺，去GNU查找最新的C語言源碼苍苞，有一個(gè)叫g(shù)libc的庫，可以看到malloc-alignment.h

#define MALLOC_ALIGNMENT (2 * SIZE_SZ < __alignof__ (long double) \
              ? __alignof__ (long double) : 2 * SIZE_SZ)

OC對象的分類

Objective-C中的對象冈欢，簡稱OC對象，主要可以分為3種

instance對象（實(shí)例對象）

上邊我們描述的都是實(shí)類對象
instance對象就是通過類alloc出來的對象盈简，每次調(diào)用alloc都會(huì)產(chǎn)生新的instance對象
instance對象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息包括
isa指針
其他成員變量

class對象（類對象）

        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對象（類對象）
它們是同一個(gè)對象凑耻。每個(gè)類在內(nèi)存中有且只有一個(gè)class對象

class對象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息主要包括:

• isa指針
• superclass指針
• 類的屬性信息（@property）、類的對象方法信息（instance method）
• 類的協(xié)議信息（protocol）柠贤、類的成員變量信息（ivar）

meta-class對象（元類對象）

Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class];);

objectMetaClass是NSObject的meta-class對象（元類對象）
每個(gè)類在內(nèi)存中有且只有一個(gè)meta-class對象

meta-class對象和class對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的香浩，但是用途不一樣，在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息主要包括：

• isa指針
• superclass指針
• 類的類方法信息（class method）
• ......

總結(jié)幾個(gè)方法

從打印結(jié)果看臼勉，對象方法的內(nèi)存不同
        NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
        NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
獲取類對象的打印相同
        Class objectClass1 = [object1 class];
        Class objectClass2 = [object2 class];
        Class objectClass3 = object_getClass(object1);
        Class objectClass4 = object_getClass(object2);
        Class objectClass5 = [NSObject class];
獲取元類的方法邻吭，傳遞的是類對象參數(shù)。
        Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class];);

        NSLog(@"%p %p",
              object1,
              object2);
        
        NSLog(@"%p %p %p %p %p",
              objectClass1,
              objectClass2,
              objectClass3,
              objectClass4,
              objectClass5);
打友绨浴：
2019-12-28 21:46:18.859724+0800 Interview02-class對象[5114:373716] 0x103a1e570 0x103a1f360
2019-12-28 21:46:18.860065+0800 Interview02-class對象[5114:373716] 0x7fff9cc7a118 0x7fff9cc7a118 0x7fff9cc7a118 0x7fff9cc7a118 0x7fff9cc7a118

源碼：
獲取類對象囱晴、元類對象的方法，在objc中實(shí)際就是返回isa指針瓢谢。
Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}
這里不要跟這個(gè)方法混淆畸写，objc_getClass是傳遞了個(gè)類的名稱。最后通過map查找到對應(yīng)的class恩闻，下邊是精簡后的代碼艺糜。
Class objc_getClass(const char *aClassName)
{
    if (!aClassName) return Nil;

    // NO unconnected, YES class handler
    return look_up_class(aClassName, NO, YES);
}
Class 
look_up_class(const char *name, 
              bool includeUnconnected __attribute__((unused)), 
              bool includeClassHandler __attribute__((unused)))
{
 getClass(name);
}
static Class getClass(const char *name)
{
    Class result = getClass_impl(name);
}
static Class getClass_impl(const char *name)
{
    Class result = (Class)NXMapGet(gdb_objc_realized_classes, name);
}

調(diào)用流程

• instance的isa指向class
• class的isa指向meta-class
  meta-class的isa指向基類的meta-class
• class的superclass指向父類的class
  如果沒有父類，superclass指針為nil
• meta-class的superclass指向父類的meta-class
  基類的meta-class的superclass指向基類的class
• instance調(diào)用對象方法的軌跡
  isa找到class幢尚，方法不存在破停，就通過superclass找父類
• class調(diào)用類方法的軌跡
  isa找meta-class，方法不存在尉剩，就通過superclass找父類

isa指針

• 從64bit開始真慢，isa需要進(jìn)行一次位運(yùn)算，才能計(jì)算出真實(shí)地址

• class理茎、meta-class對象的本質(zhì)結(jié)構(gòu)都是struct objc_class
• objc4源碼下載 https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/

// 因?yàn)镃lass的isa沒有設(shè)置成可以供外部訪問黑界，所以我們自己創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體管嬉，跟Class一樣，方便我們下邊獲取isa的值朗鸠。
struct gkt_objc_class {
    Class isa;
    Class superclass;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {

    GKTTest *test = [GKTTest new];
    Class testClass = [GKTTest class];
    Class mateClass = object_getClass(testClass);
    
    struct gkt_objc_class * testClass2 = (__bridge struct gkt_objc_class *)testClass;
    struct gkt_objc_class * mateClass2 = (__bridge struct gkt_objc_class *)mateClass;

    return 0;

}
(lldb) p/x test->isa
(Class) $0 = 0x001d800100001179 GKTTest
(lldb) p/x testClass
(Class) $1 = 0x0000000100001178 GKTTest
(lldb) p/x 0x001d800100001179 & 0x00007ffffffffff8
(long) $2 = 0x0000000100001178
(lldb) p/x testClass2->isa
(Class) $3 = 0x0000000100001150
(lldb) p/x mateClass2
(gkt_objc_class *) $4 = 0x0000000100001150
(lldb) p/x 0x0000000100001150 & 0x00007ffffffffff8
(long) $5 = 0x0000000100001150
(lldb) 

窺探struct objc_class的結(jié)構(gòu)