OC對象本質(zhì)探索
相信大家都聽說過OC對象的本質(zhì) 其實就是 結(jié)構(gòu)體逊拍，但是大多數(shù)開發(fā)者不太清楚它的底層實現(xiàn)，接下來我們就探索一下：
Clang
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clang是一個由Apple主導編寫尺借，基于LLVM的C/C++/OC的編譯器 - 主要是用于
底層編譯，將一些文件輸出成c++文件精拟，例如main.m輸出成main.cpp燎斩，其目的是為了更好的觀察底層的一些結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)的邏輯，方便理解底層原理蜂绎。
接下來我們對OC對象本質(zhì)的探索就需要使用Clang編譯器栅表。
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首先我們創(chuàng)建一個Mac Comman Line Tool 空工程
Comman Line Tool
- 在
main.m中自定義一個類`LPerson ,并添加一個屬性name
@interface LPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
@implementation LPerson
@end
- 接下來便需要使用
Clang將main.m編譯成main.cpp,命令如下,這里我們使用第一種:
//1、將 main.m 編譯成 main.cpp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
//2师枣、將 ViewController.m 編譯成 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
//以下兩種方式是通過指定架構(gòu)模式的命令行怪瓶，使用xcode工具 xcrun
//3、模擬器文件編譯
- xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
//4践美、真機文件編譯
- xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp
xcode安裝的時候順帶安裝了xcrun命令洗贰，xcrun命令在clang的基礎上進行了 一些封裝找岖，要更好用一些
使用第一種這里可能會報錯'UIKit/UIKit.h' file not found,這時改用第二種命令就可以了
- 打開編譯好的
main.cpp，找到LPerson的定義哆姻，發(fā)現(xiàn)LPerson在底層會被編譯成struct 結(jié)構(gòu)體.
由此可見LPerson對象在C++底層是結(jié)構(gòu)體;
- 由上面的LPerson結(jié)構(gòu)體中我們還發(fā)現(xiàn),其中還有個屬性
NSObject_IMPL,從代碼中我們可以看出,它就是isa,是繼承自NSObject宣增，屬于偽繼承，偽繼承的方式是直接將NSObject結(jié)構(gòu)體定義為LGPerson中的第一個屬性矛缨，意味著LGPerson 擁有NSObject中的所有成員變量`爹脾。
NSObject_IMPL
從上面源碼也可以看出對象就是這樣一個
結(jié)構(gòu)體，且被typedef為id箕昭。在Foundation層id就表示一個對象 灵妨。此時便能證明,OC對象的本質(zhì)其實就是結(jié)構(gòu)體!
- 從上面源碼中我們也可以看到,
LGPerson中的第一個屬性NSObject_IVARS等效于 NSObject中的isa,是否記得我們用lldb命令po一個對象(LPerson)的時候的返回的是<LGPerson: 0x101404a30>,這里便是它的isa.
關(guān)于isa
通過上面的分析我們可以了解到,在對象結(jié)構(gòu)體內(nèi)，有一個Class類型的 isa 變量落竹，他是一個指向該對象類型的指針 ,在面向?qū)ο缶幊讨忻诨簦瑢ο笫怯深悇?chuàng)建的，對象可以通過isa 變量找到自己所屬的類述召。
Class探索
下面是Class的源碼:
從Class源碼中我們可以看到它的結(jié)構(gòu),類里面有個 super_class 朱转，指向了類的父類； 同時類也有一個 isa指針积暖，那類的 isa 指針指向了哪里呢藤为？
對象是按照
類所定義的各個屬性和方法生產(chǎn)的，類 作為對象的模板夺刑，也可看成是對象缅疟。正如工廠里面的模子也是要專門制作模子的機器生產(chǎn)。元類 (meta class)就是設計遍愿、管理類(class)的模板存淫。對象是 類 的實例，類是 元類 的實例沼填。
所以類的isa指針指向了 元類桅咆。
如果按照這個規(guī)則，聰明的你應該想到了問題了: 元類也是對象坞笙，元類對象中也有isa轧邪，那么元類的 isa 又指向哪里呢？總不能指向元元類吧……這樣是無窮無盡的羞海。
Objective-C語言的設計者已經(jīng)考慮到了這個問題忌愚，所有元類的isa 都指向 根元類（meta Root Class）。關(guān)于實例對象却邓、類硕糊、元類之間的關(guān)系，蘋果官方給了一張圖，非常清晰的表明了三者的關(guān)系简十。
- 實線是
super_class指針檬某，虛線是isa指針。Root class（class） 通常是NSObject螟蝙，NSObject 是沒有超類的恢恼，所以Root class（class）的superclass指向nil。- 每個
Class都有一個isa指針指向唯一的Meta class- Root class（meta）的 superclass 指向 Root class（class）胰默，也就是 NSObject场斑，形成一個回路。
- 每個 Meta class 的 isa 指針都指向 Root class（meta）牵署。
一個對象 可以通過isa找到類漏隐，根據(jù)類的isa和 super_class 找到 元類 與 父類 ，進而直到 根元類 和 根類 奴迅，所以 對于最開始的例子LPerson *p = [[LPerson alloc] init]; ``LPerson可以調(diào)用NSObject的方法青责，在這中間isa 起到至關(guān)重要的作用。
由此我們可以得出結(jié)論:
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Object-C 是基于類的對象系統(tǒng)取具。每一個對象都是一些類的實例脖隶；這個對象的
isa指針指向它所屬的類。- 該類描述這個 對象的數(shù)據(jù)信息 ：內(nèi)存分配大小(allocation size)和實例變量的類型(ivar types )與布局(layout)暇检；
- 也描述了 對象的行為 ：它能夠響應的選擇器(selectors)和它實現(xiàn)的實例方法(instance methods)产阱。
每個 Object-C 類也是一個對象，它的
isa指針指向元類占哟，元類是關(guān)于類對象的描述，就像類是普通實例對象的描述一樣酿矢。一個
元類是根元類的實例榨乎；根元類是它自身的實例。isa指針鏈以一個環(huán)結(jié)束：實例指向類-指向元類-指向根元類-到自身瘫筐。元類的 isa 指針并不重要蜜暑，因為在現(xiàn)實世界中，沒人會向元類對象發(fā)送消息策肝。
isa_t
isa_t最初出現(xiàn)在之前的alloc探索中,通過alloc --> _objc_rootAlloc --> callAlloc --> _objc_rootAllocWithZone --> _class_createInstanceFromZone-->initInstanceIsa方法路徑肛捍，查找到initIsa
從源碼中可以看出,isa_t是通過聯(lián)合體（union）定義的
isa_t類型使用聯(lián)合體的原因也是基于內(nèi)存優(yōu)化的考慮，這里的內(nèi)存優(yōu)化是指在isa指針中通過char + 位域（即二進制中每一位均可表示不同的信息）的原理實現(xiàn)之众。通常來說拙毫，isa指針占用的內(nèi)存大小是8字節(jié)，即64位棺禾，已經(jīng)足夠存儲很多的信息了缀蹄，這樣可以極大的節(jié)省內(nèi)存，以提高性能
從isa_t的定義中可以看出：
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提供了兩個成員，
cls和bits缺前，由聯(lián)合體的定義所知蛀醉，這兩個成員是互斥的，也就意味著衅码，當初始化isa指針時拯刁，有兩種初始化方式通過
cls初始化，bits無默認值通過
bits初始化逝段，cls有默認值
還提供了一個結(jié)構(gòu)體定義的位域垛玻，用于存儲類信息及其他信息，結(jié)構(gòu)體的成員ISA_BITFIELD惹恃，這是一個宏定義夭谤，有兩個版本 arm64（對應ios 移動端） 和 x86_64（對應macOS），以下是它們的一些宏定義巫糙，如下圖所示
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nonpointer有兩個值朗儒，表示自定義的類等，占1位-
0：純isa指針 -
1：不只是類對象地址参淹，isa中包含了類信息醉锄、對象的引用計數(shù)等
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has_assoc表示關(guān)聯(lián)對象標志位，占1位0：沒有關(guān)聯(lián)對象1：存在關(guān)聯(lián)對象-
has_cxx_dtor表示該對象是否有C++/OC的析構(gòu)器（類似于dealloc）浙值，占1位- 如果
有析構(gòu)函數(shù)恳不，則需要做析構(gòu)邏輯 - 如果
沒有，則可以更快的釋放對象
- 如果
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shiftclx表示存儲類的指針的值（類的地址）开呐， 即類信息-
arm64中占33位烟勋，開啟指針優(yōu)化的情況下，在arm64架構(gòu)中有33位用來存儲類指針 -
x86_64中占44位
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magic用于調(diào)試器判斷當前對象是真的對象還是沒有初始化的空間筐付，占6位-
weakly_refrenced是 指對象是否被指向或者曾經(jīng)指向一個ARC的弱變量- 沒有弱引用的對象可以更快釋放
deallocating標志對象是是否正在釋放內(nèi)存has_sidetable_rc表示 當對象引用計數(shù)大于10時卵惦，則需要借用該變量存儲進位-
extra_rc（額外的引用計數(shù)） --- 表示該對象的引用計數(shù)值，實際上是引用計數(shù)值減1- 如果對象的引用計數(shù)為10瓦戚，那么extra_rc為9
isa指針 位域算法
這里是macOS環(huán)境沮尿，所以是x86_64
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通過main中的
LGPerson斷點 -->initInstanceIsa-->initIsa--> 走到else中的 isa初始化,執(zhí)行lldb命令：p newisa，得到newisa的詳細信息
lldb調(diào)試 -
然后繼續(xù)往下執(zhí)行较解，走到
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;下一行畜疾，表示為isa的bits成員賦值，重新執(zhí)行lldb命令p newisa印衔，得到的結(jié)果如下
newisa.bits賦值之后
我們發(fā)現(xiàn)啡捶，newsize的信息發(fā)生了變化：
- 其中
magic是59是由于將isa指針地址轉(zhuǎn)換為二進制，從47（因為前面有4個位域奸焙，共占用47位届慈，地址是從0開始）位開始讀取6位徒溪，再轉(zhuǎn)換為十進制，如下圖所示
magic是59
聯(lián)合體(union)
構(gòu)造數(shù)據(jù)類型的方式有以下兩種：
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結(jié)構(gòu)體（struct） -
聯(lián)合體（union金顿，也稱為共用體）
結(jié)構(gòu)體
結(jié)構(gòu)體是指把不同的數(shù)據(jù)組合成一個整體臊泌，其變量是共存的，變量不管是否使用揍拆，都會分配內(nèi)存渠概。
缺點：所有屬性都分配內(nèi)存，比較
浪費內(nèi)存嫂拴，假設有4個int成員播揪，一共分配了16字節(jié)(128位)的內(nèi)存，但是在使用時筒狠，你只使用了4字節(jié)(32位)猪狈，剩余的12字節(jié)(96位)就是屬于內(nèi)存的浪費優(yōu)點：存儲
容量較大，包容性強辩恼，且成員之間不會相互影響
聯(lián)合體
聯(lián)合體也是由不同的數(shù)據(jù)類型組成雇庙，但其變量是互斥的，所有的成員共占一段內(nèi)存灶伊。而且共用體采用了內(nèi)存覆蓋技術(shù)疆前，同一時刻只能保存一個成員的值，如果對新的成員賦值聘萨，就會將原來成員的值覆蓋掉
缺點：
包容性弱優(yōu)點：所有成員
共用一段內(nèi)存竹椒，使內(nèi)存的使用更為精細靈活，同時也節(jié)省了內(nèi)存空間
兩者的區(qū)別
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內(nèi)存占用情況
- 結(jié)構(gòu)體的
各個成員會占用不同的內(nèi)存米辐，互相之間沒有影響 - 共用體的
所有成員占用同一段內(nèi)存胸完，修改一個成員會影響其余所有成員
- 結(jié)構(gòu)體的
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內(nèi)存分配大小
- 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存
>=所有成員占用的內(nèi)存總和（成員之間可能會有縫隙） -
共用體占用的內(nèi)存等于最大的成員占用的內(nèi)存
- 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存
