iOS底層原理總結(jié) - 探尋OC對(duì)象的本質(zhì)

iOS底層原理總結(jié) - 探尋OC對(duì)象的本質(zhì)

對(duì)小碼哥底層班視頻學(xué)習(xí)的總結(jié)與記錄压真。面試題部分谋逻,通過(guò)對(duì)面試題的分析探索問(wèn)題的本質(zhì)內(nèi)容塔插。

面試題:一個(gè)NSObject對(duì)象占用多少內(nèi)存冠摄?

探尋OC對(duì)象的本質(zhì)糯崎,我們平時(shí)編寫的Objective-C代碼,底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)都是C\C++代碼耗拓。


OC代碼的轉(zhuǎn)化過(guò)程

OC的對(duì)象結(jié)構(gòu)都是通過(guò)基礎(chǔ)C\C++的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的拇颅。
我們通過(guò)創(chuàng)建OC文件及對(duì)象,并將OC文件轉(zhuǎn)化為C++文件來(lái)探尋OC對(duì)象的本質(zhì)

OC如下代碼

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
        
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

我們通過(guò)命令行將OC的mian.m文件轉(zhuǎn)化為c++文件乔询。

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp // 這種方式?jīng)]有指定架構(gòu)例如arm64架構(gòu) 其中cpp代表(c plus plus)
生成 main.cpp

我們可以指定架構(gòu)模式的命令行樟插,使用xcode工具 xcrun

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 
生成 main-arm64.cpp 

main-arm64.cpp 文件中搜索NSObjcet,可以找到NSObjcet_IMPL(IMPL代表 implementation 實(shí)現(xiàn))

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,對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是這個(gè)樣子黄锤。

思考: 一個(gè)OC對(duì)象在內(nèi)存中是如何布局的搪缨。
NSObjcet的底層實(shí)現(xiàn),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

轉(zhuǎn)化為c語(yǔ)言其實(shí)就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

那么這個(gè)結(jié)構(gòu)體占多大的內(nèi)存空間呢鸵熟,我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)體只有一個(gè)成員副编,isa指針,而指針在64位架構(gòu)中占8個(gè)字節(jié)流强。也就是說(shuō)一個(gè)NSObjec對(duì)象所占用的內(nèi)存是8個(gè)字節(jié)痹届。到這里我們已經(jīng)可以基本解答第一個(gè)問(wèn)題。但是我們發(fā)現(xiàn)NSObject對(duì)象中還有很多方法打月,那這些方法不占用內(nèi)存空間嗎队腐?其實(shí)類的方法等也占用內(nèi)存空間,但是這些方法所占用的存儲(chǔ)空間并不在NSObject對(duì)象中奏篙。

為了探尋OC對(duì)象在內(nèi)存中如何體現(xiàn)柴淘,我們來(lái)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?上述一段代碼中系統(tǒng)為NSObject對(duì)象分配8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間秘通,用來(lái)存放一個(gè)成員isa指針为严。那么isa指針這個(gè)變量的地址就是結(jié)構(gòu)體的地址,也就是NSObjcet對(duì)象的地址肺稀。
假設(shè)isa的地址為0x100400110第股,那么上述代碼分配存儲(chǔ)空間給NSObject對(duì)象,然后將存儲(chǔ)空間的地址賦值給objc指針盹靴。objc存儲(chǔ)的就是isa的地址炸茧。objc指向內(nèi)存中NSObject對(duì)象地址,即指向內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)體稿静,也就是isa的位置梭冠。

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。并查找Student改备,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)控漠。而通過(guò)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(chǔ)空間,對(duì)象就占用多少存儲(chǔ)空間悬钳。因此結(jié)構(gòu)體占用的存儲(chǔ)空間為盐捷,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;

那么上述代碼實(shí)際上在內(nèi)存中的體現(xiàn)為,創(chuàng)建Student對(duì)象首先會(huì)分配16個(gè)字節(jié)默勾,存儲(chǔ)3個(gè)東西碉渡,isa指針8個(gè)字節(jié),4個(gè)字節(jié)的_no ,4個(gè)字節(jié)的_age

Studetn對(duì)象的存儲(chǔ)空間

sutdent對(duì)象的3個(gè)變量分別有自己的地址母剥。而stu指向isa指針的地址滞诺。因此stu的地址為0x100400110形导,stu對(duì)象在內(nèi)存中占用16個(gè)字節(jié)的空間。并且經(jīng)過(guò)賦值习霹,_no里面存儲(chǔ)4 朵耕,_age里面存儲(chǔ)5

驗(yàn)證Student在內(nèi)存中模樣

struct Student_IMPL {
    Class isa;
    int _no;
    int _age;
};

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

@implementation Student

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
            // 強(qiáng)制轉(zhuǎn)化
            struct Student_IMPL *stuImpl = (__bridge struct Student_IMPL *)stu;
            NSLog(@"_no = %d, _age = %d", stuImpl->_no, stuImpl->_age); // 打印出 _no = 4, _age = 5
    }
    return 0;
}

上述代碼將oc對(duì)象強(qiáng)轉(zhuǎn)成Student_IMPL的結(jié)構(gòu)體。也就是說(shuō)把一個(gè)指向oc對(duì)象的指針淋叶,指向這種結(jié)構(gòu)體阎曹。由于我們之前猜想,對(duì)象在內(nèi)存中的布局與結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存中的布局相同煞檩,那么如果可以轉(zhuǎn)化成功处嫌,說(shuō)明我們的猜想正確。由此說(shuō)明stu這個(gè)對(duì)象指向的內(nèi)存確實(shí)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體斟湃。

實(shí)際上想要獲取對(duì)象占用內(nèi)存的大小锰霜,可以通過(guò)更便捷的運(yùn)行時(shí)方法來(lái)獲取。

class_getInstanceSize([Student class])
NSLog(@"%zd,%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]) ,class_getInstanceSize([Student class]));
// 打印信息 8和16

窺探內(nèi)存結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)查看內(nèi)存數(shù)據(jù)

方式一:通過(guò)打斷點(diǎn)桐早。
Debug Workflow -> viewMemory address中輸入stu的地址

內(nèi)存地址

從上圖中,我們可以發(fā)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)從高位數(shù)據(jù)開(kāi)始讀厨剪,查看前16位字節(jié)哄酝,每四個(gè)字節(jié)讀出的數(shù)據(jù)為
16進(jìn)制 0x0000004(4字節(jié)) 0x0000005(4字節(jié)) isa的地址為 00D1081000001119(8字節(jié))

方式二:通過(guò)lldb指令xcode自帶的調(diào)試器

memory read 0x10074c450
// 簡(jiǎn)寫  x 0x10074c450

// 增加讀取條件
// memory read/數(shù)量格式字節(jié)數(shù)  內(nèi)存地址
// 簡(jiǎn)寫 x/數(shù)量格式字節(jié)數(shù)  內(nèi)存地址
// 格式 x是16進(jìn)制,f是浮點(diǎn)祷膳,d是10進(jìn)制
// 字節(jié)大小   b:byte 1字節(jié)陶衅,h:half word 2字節(jié),w:word 4字節(jié)直晨,g:giant word 8字節(jié)

示例:x/4xw    //   /后面表示如何讀取數(shù)據(jù) w表示4個(gè)字節(jié)4個(gè)字節(jié)讀取搀军,x表示以16進(jìn)制的方式讀取數(shù)據(jù),4則表示讀取4次

同時(shí)也可以通過(guò)lldb修改內(nèi)存中的值

memory write 0x100400c68 6
將_no的值改為了6
lldb讀取內(nèi)存

那么一個(gè)NSObject對(duì)象占用多少內(nèi)存勇皇?
NSObjcet實(shí)際上是只有一個(gè)名為isa的指針的結(jié)構(gòu)體罩句,因此占用一個(gè)指針變量所占用的內(nèi)存空間大小,如果64bit占用8個(gè)字節(jié)敛摘,如果32bit占用4個(gè)字節(jié)门烂。

更復(fù)雜的繼承關(guān)系

面試題:在64bit環(huán)境下, 下面代碼的輸出內(nèi)容兄淫?

/* 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;
}

這道面試題的實(shí)質(zhì)是想問(wèn)一個(gè)Person對(duì)象屯远,一個(gè)Student對(duì)象分別占用多少內(nèi)存空間?

我們依據(jù)上面的分析與發(fā)現(xiàn)捕虽,類對(duì)象實(shí)質(zhì)上是以結(jié)構(gòu)體的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中慨丐,畫出真正的內(nèi)存圖例

person對(duì)象和student對(duì)象內(nèi)存結(jié)構(gòu)

我們發(fā)現(xiàn)只要是繼承自NSObject的對(duì)象,那么底層結(jié)構(gòu)體內(nèi)一定有一個(gè)isa指針泄私。
那么他們所占的內(nèi)存空間是多少呢房揭?單純的將指針和成員變量所占的內(nèi)存相加即可嗎备闲?上述代碼實(shí)際打印的內(nèi)容是16 16,也就是說(shuō)崩溪,person對(duì)象和student對(duì)象所占用的內(nèi)存空間都為16個(gè)字節(jié)浅役。
其實(shí)實(shí)際上person對(duì)象確實(shí)只使用了12個(gè)字節(jié)。但是因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊的原因伶唯。使person對(duì)象也占用16個(gè)字節(jié)觉既。

編譯器在給結(jié)構(gòu)體開(kāi)辟空間時(shí),首先找到結(jié)構(gòu)體中最寬的基本數(shù)據(jù)類型乳幸,然后尋找內(nèi)存地址能是該基本數(shù)據(jù)類型的整倍的位置瞪讼,作為結(jié)構(gòu)體的首地址。將這個(gè)最寬的基本數(shù)據(jù)類型的大小作為對(duì)齊模數(shù)粹断。
為結(jié)構(gòu)體的一個(gè)成員開(kāi)辟空間之前符欠,編譯器首先檢查預(yù)開(kāi)辟空間的首地址相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移是否是本成員的整數(shù)倍,若是瓶埋,則存放本成員希柿,反之,則在本成員和上一個(gè)成員之間填充一定的字節(jié)养筒,以達(dá)到整數(shù)倍的要求曾撤,也就是將預(yù)開(kāi)辟空間的首地址后移幾個(gè)字節(jié)。

我們可以總結(jié)內(nèi)存對(duì)齊為兩個(gè)原則:
原則 1. 前面的地址必須是后面的地址正數(shù)倍,不是就補(bǔ)齊晕粪。
原則 2. 整個(gè)Struct的地址必須是最大字節(jié)的整數(shù)倍挤悉。

通過(guò)上述內(nèi)存對(duì)齊的原則我們來(lái)看,person對(duì)象的第一個(gè)地址要存放isa指針需要8個(gè)字節(jié)巫湘,第二個(gè)地址要存放_(tái)age成員變量需要4個(gè)字節(jié)装悲,根據(jù)原則一,8是4的整數(shù)倍尚氛,符合原則一诀诊,不需要補(bǔ)齊。然后檢查原則2阅嘶,目前person對(duì)象共占據(jù)12個(gè)字節(jié)的內(nèi)存畏梆,不是最大字節(jié)數(shù)8個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍,所以需要補(bǔ)齊4個(gè)字節(jié)奈懒,因此person對(duì)象就占用16個(gè)字節(jié)空間奠涌。

而對(duì)于student對(duì)象,我們知道sutdent對(duì)象中磷杏,包含person對(duì)象的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)溜畅,和一個(gè)int類型的_no成員變量,同樣isa指針8個(gè)字節(jié)极祸,_age成員變量4個(gè)字節(jié)慈格,_no成員變量4個(gè)字節(jié)怠晴,剛好滿足原則1和原則2,所以student對(duì)象占據(jù)的內(nèi)存空間也是16個(gè)字節(jié)浴捆。

OC對(duì)象的分類

面試題:OC的類信息存放在哪里蒜田。
面試題:對(duì)象的isa指針指向哪里。

示例代碼

#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(duì)象主要可以分為三種

  1. instance對(duì)象(實(shí)例對(duì)象)
  2. class對(duì)象(類對(duì)象)
  3. meta-class對(duì)象(元類對(duì)象)

instance對(duì)象就是通過(guò)類alloc出來(lái)的對(duì)象选泻,每次調(diào)用alloc都會(huì)產(chǎn)生新的instance對(duì)象

NSObjcet *object1 = [[NSObjcet alloc] init];
NSObjcet *object2 = [[NSObjcet alloc] init];

object1和object2都是NSObject的instace對(duì)象(實(shí)例對(duì)象)冲粤,但他們是不同的兩個(gè)對(duì)象,并且分別占據(jù)著兩塊不同的內(nèi)存页眯。
instance對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息包括

  1. isa指針
  2. 其他成員變量
instance對(duì)象內(nèi)存

衍生問(wèn)題:在上圖實(shí)例對(duì)象中根本沒(méi)有看到方法梯捕,那么實(shí)例對(duì)象的方法的代碼放在什么地方呢?那么類的方法的信息窝撵,協(xié)議的信息傀顾,屬性的信息都存放在什么地方呢?

class對(duì)象
我們通過(guò)class方法或runtime方法得到一個(gè)class對(duì)象碌奉。class對(duì)象也就是類對(duì)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(duì)象短曾。可以通過(guò)打印內(nèi)存地址證明

class對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息主要包括

  1. isa指針
  2. superclass指針
  3. 類的屬性信息(@property)赐劣,類的成員變量信息(ivar)
  4. 類的對(duì)象方法信息(instance method)错英,類的協(xié)議信息(protocol)
class對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息圖例

成員變量的值時(shí)存儲(chǔ)在實(shí)例對(duì)象中的,因?yàn)橹挥挟?dāng)我們創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象的時(shí)候才為成員變賦值隆豹。但是成員變量叫什么名字,是什么類型茅逮,只需要有一份就可以了璃赡。所以存儲(chǔ)在class對(duì)象中。

類方法放在那里献雅?
元類對(duì)象 meta-class

//runtime中傳入類對(duì)象此時(shí)得到的就是元類對(duì)象
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
// 而調(diào)用類對(duì)象的class方法時(shí)得到還是類對(duì)象碉考,無(wú)論調(diào)用多少次都是類對(duì)象
Class cls = [[NSObject class] class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
class_isMetaClass(objectMetaClass) // 判斷該對(duì)象是否為元類對(duì)象
NSLog(@"%p %p %p", objectMetaClass, objectClass3, cls); // 后面兩個(gè)地址相同,說(shuō)明多次調(diào)用class得到的還是類對(duì)象

每個(gè)類在內(nèi)存中有且只有一個(gè)meta-class對(duì)象挺身。
meta-class對(duì)象和class對(duì)象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的侯谁,但是用途不一樣,在內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息主要包括

  1. isa指針
  2. superclass指針
  3. 類的類方法的信息(class method)
元類meta-class對(duì)象在內(nèi)存存儲(chǔ)的信息圖例

meta-class對(duì)象和class對(duì)象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的章钾,所以meta-class中也有類的屬性信息墙贱,類的對(duì)象方法信息等成員變量,但是其中的值可能是空的贱傀。

對(duì)象的isa指針指向哪里

  1. 當(dāng)對(duì)象調(diào)用實(shí)例方法的時(shí)候惨撇,我們上面講到,實(shí)例方法信息是存儲(chǔ)在class類對(duì)象中的府寒,那么要想找到實(shí)例方法魁衙,就必須找到class類對(duì)象报腔,那么此時(shí)isa的作用就來(lái)了。
[stu studentMethod];

instance的isa指向class剖淀,當(dāng)調(diào)用對(duì)象方法時(shí)纯蛾,通過(guò)instance的isa找到class,最后找到對(duì)象方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用纵隔。

  1. 當(dāng)類對(duì)象調(diào)用類方法的時(shí)候翻诉,同上,類方法是存儲(chǔ)在meta-class元類對(duì)象中的巨朦。那么要找到類方法米丘,就需要找到meta-class元類對(duì)象陡叠,而class類對(duì)象的isa指針就指向元類對(duì)象
[Student studentClassMethod];

class的isa指向meta-class
當(dāng)調(diào)用類方法時(shí)酷含,通過(guò)class的isa找到meta-class阅懦,最后找到類方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用

isa指針指向圖例
  1. 當(dāng)對(duì)象調(diào)用其父類對(duì)象方法的時(shí)候饺蔑,又是怎么找到父類對(duì)象方法的呢授艰?梅惯,此時(shí)就需要使用到class類對(duì)象superclass指針爱沟。
[stu personMethod];
[stu init];

當(dāng)Student的instance對(duì)象要調(diào)用Person的對(duì)象方法時(shí)否灾,會(huì)先通過(guò)isa找到Student的class梭依,然后通過(guò)superclass找到Person的class稍算,最后找到對(duì)象方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用,同樣如果Person發(fā)現(xiàn)自己沒(méi)有響應(yīng)的對(duì)象方法役拴,又會(huì)通過(guò)Person的superclass指針找到NSObject的class對(duì)象糊探,去尋找響應(yīng)的方法

對(duì)象調(diào)用父類對(duì)象方法圖例
  1. 當(dāng)類對(duì)象調(diào)用父類的類方法時(shí),就需要先通過(guò)isa指針找到meta-class河闰,然后通過(guò)superclass去尋找響應(yīng)的方法
[Student personClassMethod];
[Student load];

當(dāng)Student的class要調(diào)用Person的類方法時(shí)科平,會(huì)先通過(guò)isa找到Student的meta-class,然后通過(guò)superclass找到Person的meta-class姜性,最后找到類方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)用

最后又是這張靜定的isa指向圖瞪慧,經(jīng)過(guò)上面的分析我們?cè)趤?lái)看這張圖,就顯得清晰明了很多部念。


經(jīng)典的isa指向圖

對(duì)isa弃酌、superclass總結(jié)

  1. instance的isa指向class
  2. class的isa指向meta-class
  3. meta-class的isa指向基類的meta-class,基類的isa指向自己
  4. class的superclass指向父類的class儡炼,如果沒(méi)有父類妓湘,superclass指針為nil
  5. meta-class的superclass指向父類的meta-class,基類的meta-class的superclass指向基類的class
  6. instance調(diào)用對(duì)象方法的軌跡乌询,isa找到class多柑,方法不存在,就通過(guò)superclass找父類
  7. class調(diào)用類方法的軌跡楣责,isa找meta-class竣灌,方法不存在聂沙,就通過(guò)superclass找父類

如何證明isa指針的指向真的如上面所說(shuō)?

我們通過(guò)如下代碼證明:

NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
Class objectClass = [NSObject class];
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
        
NSLog(@"%p %p %p", object, objectClass, objectMetaClass);

打斷點(diǎn)并通過(guò)控制臺(tái)打印相應(yīng)對(duì)象的isa指針


打印object的isa指針和objectClass的地址

我們發(fā)現(xiàn)object->isa與objectClass的地址不同初嘹,這是因?yàn)閺?4bit開(kāi)始及汉,isa需要進(jìn)行一次位運(yùn)算,才能計(jì)算出真實(shí)地址屯烦。而位運(yùn)算的值我們可以通過(guò)下載objc源代碼找到坷随。

ISA_MASK

我們通過(guò)位運(yùn)算進(jìn)行驗(yàn)證。

isa通過(guò)位運(yùn)算計(jì)算出正確的地址

我們發(fā)現(xiàn)驻龟,object-isa指針地址0x001dffff96537141經(jīng)過(guò)同0x00007ffffffffff8位運(yùn)算温眉,得出objectClass的地址0x00007fff96537140

接著我們來(lái)驗(yàn)證class對(duì)象的isa指針是否同樣需要位運(yùn)算計(jì)算出meta-class對(duì)象的地址。
當(dāng)我們以同樣的方式打印objectClass->isa指針時(shí)翁狐,發(fā)現(xiàn)無(wú)法打印


p/x objectClass->isa

同時(shí)也發(fā)現(xiàn)左邊objectClass對(duì)象中并沒(méi)有isa指針类溢。我們來(lái)到Class內(nèi)部看一下

typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

相信了解過(guò)isa指針的同學(xué)對(duì)objc_class結(jié)構(gòu)體內(nèi)的內(nèi)容很熟悉了,今天這里不深入研究露懒,我們只看第一個(gè)對(duì)象是一個(gè)isa指針纺涤,為了拿到isa指針的地址,我們自己創(chuàng)建一個(gè)同樣的結(jié)構(gòu)體并通過(guò)強(qiáng)制轉(zhuǎn)化拿到isa指針象迎。

struct xx_cc_objc_class{
    Class isa;
};


Class objectClass = [NSObject class];
struct xx_cc_objc_class *objectClass2 = (__bridge struct xx_cc_objc_class *)(objectClass);

此時(shí)我們重新驗(yàn)證一下


objectClass2->isa

確實(shí)汪厨,objectClass2的isa指針經(jīng)過(guò)位運(yùn)算之后的地址是meta-class的地址狭吼。

本文面試題總結(jié):

  1. 一個(gè)NSObject對(duì)象占用多少內(nèi)存层坠?
    答:一個(gè)指針變量所占用的大小(64bit占8個(gè)字節(jié)刁笙,32bit占4個(gè)字節(jié))

  2. 對(duì)象的isa指針指向哪里破花?
    答:instance對(duì)象的isa指針指向class對(duì)象,class對(duì)象的isa指針指向meta-class對(duì)象疲吸,meta-class對(duì)象的isa指針指向基類的meta-class對(duì)象座每,基類自己的isa指針也指向自己。

  3. OC的類信息存放在哪里摘悴?
    答:成員變量的具體值存放在instance對(duì)象峭梳。對(duì)象方法,協(xié)議烦租,屬性延赌,成員變量信息存放在class對(duì)象。類方法信息存放在meta-class對(duì)象叉橱。

底層原理相關(guān)文章:

iOS底層原理總結(jié) - 文集

文中如果有不對(duì)的地方歡迎指出挫以。我是xx_cc,一只長(zhǎng)大很久但還沒(méi)有二夠的家伙窃祝。

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