众说周知,我们平时编写的OC代码,底层都是C/C++实现的
我们可以通过一个终端指令,将我们的OC代码转换成C/C++代码
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc 文件名 -o 输出的CPP文件
例如:
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
思考一:OC的对象、类都是基于C/C++什么数据结构实现的??
首先看下面代码:
#import#import @interface Student : NSObject { @public int _age; int _no; } @end @implementation Student @end int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { Student *stu = [[Student alloc] init]; stu->_age = 4; stu->_no = 5; NSLog(@"%@", stu); NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class])); NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class])); } return 0; }
通过终端命令生成.cpp文件
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
我们发现Student和NSObject的底层实现代码如下:
struct Student_IMPL { struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; int _age; int _no; }; struct NSObject_IMPL { Class isa; };
所以,OC的对象、类都是基于C/C++当中结构体实现的。
那么,一个NSObject对象占用多少内存呢?
通过以上代码,我们发现一个NSObject对象占用的内存大小是一个指针变量所占用的大小(64bit,8个字节。32bit,4个字节)
同样可以通过代码检验
方法一:通过runtime方法检验
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
终端打印结果:
2018-03-13 12:02:26.584356+0800 TestDemo[33726:1665977] 8
方法二:实时查看内存数据
Debug -> Debug Workfllow -> View Memory (Shift + Command + M)
输入内存地址:
同样发现一个Student占16个字节,其中指针占了8个字节
方法三:可以通过lldb命令查看
常用lldb命令
查看结果如下:
(lldb) x/4xw 0x102c0a590 0x102c0a590: 0x000011c9 0x001d8001 0x00000004 0x00000005
还可以通过lldb命令修改对象的值:
类、实例对象、元类(class、instance、meta-class)
类(class)
类:类是现实世界或思维世界中的实体在计算机中的反映,它将数据以及这些数据上的操作封装在一起(百科上的回答)。简单的说就是数据及行为的封装
通过查阅 Apple 官方开源的 objc 源码,可以看到类的数据结构如下:
struct objc_class : objc_object { // Class ISA; Class superclass; cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags class_rw_t *data() { return bits.data(); } void setData(class_rw_t *newData) { bits.setData(newData); } ... ... ...(省略) }
struct class_rw_t { // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure. uint32_t flags; uint32_t version; const class_ro_t *ro; method_array_t methods; // 方法信息 property_array_t properties; // 属相信息 protocol_array_t protocols; // 协议信息 Class firstSubclass; Class nextSiblingClass; ... ... ...(省略)
struct class_ro_t { uint32_t flags; uint32_t instanceStart; uint32_t instanceSize; // 对象占用的内存大小 #ifdef __LP64__ uint32_t reserved; #endif const uint8_t * ivarLayout; const char * name; // 类名 method_list_t * baseMethodList; protocol_list_t * baseProtocols; const ivar_list_t * ivars; // 成员变量列表 const uint8_t * weakIvarLayout; property_list_t *baseProperties; method_list_t *baseMethods() const { return baseMethodList; } };
通过以上代码我们发现Class对象在内存中存储的信息主要包括:
isa指针
superclass指针
属性信息
协议信息
同时我们发现objc_class 继承自 objc_object,哈哈,其实类也是一个对象。。。
NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init]; NSObject *obj2 = [[NSObject alloc] init]; Class objClass1 = [obj1 class]; Class objClass2 = [obj2 class]; Class objClass3 = [NSObject class]; Class objClass4 = object_getClass(obj1); Class objClass5 = object_getClass(obj2); NSLog(@"/n%p/n%p/n%p/n%p/n%p/n%p/n%p/n", obj1, obj2, objClass1, objClass2, objClass3, objClass4, objClass5);
通过以上试验,我们发现,NSObject生成两个实例对象obj1、obj2,这两个实例对象分布在不同的内存地址,但是他们的Class指针是一样的,所以我们得出以下结论:
objClass1 ~ objClass5都是NSObject的class对象(类对象)
它们是同一个对象。每个类在内存中有且只有一个class对象
实例对象(instance)
对象:对象是具有类类型的变量(百科)。其实对象就是一个类的具体实例。在 Objective-C 中,含有一个 isa 指针并且可以正确指向某个类的数据结构,都可以视作为一个对象,其中 isa 指针指向当前对象所属的类,通过苹果开源的官方文档,同样可以发现它的数据结构,如下代码:
struct objc_object { private: isa_t isa; public: // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object Class ISA(); // getIsa() allows this to be a tagged pointer object Class getIsa(); // initIsa() should be used to init the isa of new objects only. // If this object already has an isa, use changeIsa() for correctness. // initInstanceIsa(): objects with no custom RR/AWZ // initClassIsa(): class objects // initProtocolIsa(): protocol objects // initIsa(): other objects void initIsa(Class cls /*nonpointer=false*/); void initClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/); void initProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/); void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor); ... ... ...(省略) }
其实上面代码中obj1、obj2就是NSObject生成的两个实例对象,不同的对象分别占据两块不同的内存。
通过查看对象的底层代码,同样可以发现,对象在内存中的存储信息包含:
isa指针
其它成员变量的值等
就比如多个对象存在相同的属性,但是属性的值却存在不同的对象当中。
元类(meta-class)
元类:元类其实就是描述类对象的类。简单的说就是类描述的是对象,而元类描述的是类。所以元类也定义了类的行为(类方法),其实元类的数据结构和类基本相同,只不过元类定义类的行为是类方法(+),而对象是对象方法(-)。原理都是遍历方法列表或者缓存列表
Class objMetaClass1 = objc_getMetaClass("NSObject"); Class objMetaClass2 = object_getClass([NSObject class]);
objMetaClass1、objMetaClass2就是NSObject的meta-class对象(元类对象)
每个类在内存中有且只有一个meta-class对象
meta-class对象和class对象的内存结构是一样的,但是用途不一样,在内存中存储的信息主要包括:
isa指针
superclass指针
类的类方法信息(class method)等
查看class是否为meta-class
BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);
方法的调用流程
通过以上信息我们就了解到了类、对象、元类之间的关系,那么类方法和对象方法的调用过程是怎样的呢??如下图所示:
instance的isa指向class:
当调用对象方法时,通过instance的isa找到class,最后找到对象方法的实现进行调用
class的isa指向meta-class:
当调用类方法是,通过class的isa找到meta-class,最后找到类方法的实现进行调用
superclass的作用
当一个对象调用父类方法时,其实就是通过isa找到class,然后通过superclass找到父类的class,最后找到对象方法的实现进行调用(类方法调用也是这个原理,通过isa找到meta-class,然后通过superclass找到父类的meta-class,最后找到类对象的实现进行调用)
isa和superclass的调用流程
通过上图可以总结如下:
instance的isa指向class
class的isa指向meta-class
meta-class的isa指向基类的meta-class
class的superclass指向父类的class
如果没有父类,superclass指针为nil
meta-class的superclass指向父类的meta-class
基类的meta-class的superclass指向基类的class
instance调用对象方法的轨迹。isa找到class,方法不存在,就通过superclass找父类
class调用类方法的轨迹。isa找meta-class,方法不存在,就通过superclass找父类
作者:czj_warrior
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