一. OC对象本质
1.1 OC对象数据结构
我们平时编写的Objective-C代码,底层实现其实都是C\C++代码
所以Objective-C的面向对象都是基于C\C++的数据结构实现的
将Objective-C代码转换为C\C++代码
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 输出的CPP文件
如果需要链接其他框架,使用-framework参数。比如-framework UIKit
OC对象的数据结构
// NSObject Implementation
struct NSObject_IMPL {
Class isa; // 8个字节,Class也是一个结构体指针
... //成员变量
};
// Class指针
typedef struct objc_class *Class;
举例
@interface Student : NSObject
{
@public
int _no;
int _age;
}
@end
@implementation Student
@end
实际转为C/C++代码为:
struct Student_IMPL {
Class isa;
int _no;
int _age;
};
二. OC对象的分类
OC对象 可以分为3种:
- instance对象 (实例对象)
- class对象 (类对象)
- meta-class对象 (元类对象)
2.1 instance对象 (实例对象)
instance对象就是通过类alloc出来的对象,每次调用alloc都会产生新的instance对象
NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
object1、object2是NSObject的instance对象(实例对象)
它们是不同的两个对象,分别占据着两块不同的内存
instance对象在内存中存储的信息包括
-isa指针
-其他成员变量
2.2 Class对象 (类对象)
我们平时说的类,其实也是对象,称为类对象, 每个类在内存中有且只有一个class对象
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
class对象在内存中存储的信息主要包括
isa指针
superclass指针
类的属性信息(@property)、类的对象方法信息(instance method)
类的协议信息(protocol)、类的成员变量信息(ivar)
......
一个类对象的内存布局
2.3 meta-Class 元类对象
每个类在内存中有且只有一个meta-class对象
// 将类对象当做参数传入,获得元类对象
Class objectMetaClass = object_getClass(objectClass5);
objectMetaClass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)
......
查看是否为元类对象:
Bool result = class_isMetaClass(objectMetaClass)
元类对象内存布局
三. isa指针 & superclass指针
3.1 isa 指针
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
当调用类方法时,通过class的isa找到meta-class,最后找到类方法的实现进行调用
3.2 superClass 指针
class对象的superclass指针
当Student的instance对象要调用Person的对象方法时,会先通过isa找到Student的class,
然后通过superclass找到Person的class,最后找到对象方法的实现进行调用
meta-class对象的superclass指针
当Student的class要调用Person的类方法时,会先通过isa找到Student的meta-class,
然后通过superclass找到Person的meta-class,最后找到类方法的实现进行调用
3.3 isa 和 superClass 总结
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
四.窥探struct objc_class的结构
objc4源码地址( https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/)
五. KVO 原理及实现
KVO的全称是Key-Value Observing,俗称“键值监听”,可以用于监听某个对象属性值的改变
使用了KVO监听的对象
- 利用RuntimeAPI动态生成一个子类,并且让instance对象的isa指向这个全新的子类
- 当修改instance对象的属性时,会调用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函数
willChangeValueForKey:
父类原来的setter
didChangeValueForKey:
- 内部会触发监听器(Oberser)的监听方法(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:)
// 代码
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
Person *person = [[Person alloc]init];;
[p addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
NSLog(@"被观测对象:%@, 被观测的属性:%@, 值的改变: %@\n, 携带信息:%@", object, keyPath, change, context);
}
六. KVC 原理及实现
KVC的全称是Key-Value Coding,俗称“键值编码”,可以通过一个key来访问某个属性
常见的API有
- (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;
- (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (id)valueForKey:(NSString *)key;
setValue:forKey:的原理
七. Categroy
Categroy 给类扩展方法,或者关联属性, Categroy底层结构也是一个结构体:
内部存储这结构体的名字,那个类的分类,以及对象和类方法列表,协议,属性信息
- 通过Runtime加载某个类的所有Category数据
- 把所有Category的方法、属性、协议数据,合并到一个大数组中
后面参与编译的Category数据,会在数组的前面
- 将合并后的分类数据(方法、属性、协议),插入到类原来数据的前面
Category的底层结构
八.Load
+load方法会在runtime加载类、分类时调用
每个类、分类的+load,在程序运行过程中只调用一次
调用顺序
1. 先调用类的+load
按照编译先后顺序调用(先编译,先调用)
调用子类的+load之前会先调用父类的+load
2.再调用分类的+load
按照编译先后顺序调用(先编译,先调用)
九.Initialze
+initialize方法会在类第一次接收到消息时调用
- 调用顺序
先调用父类的+initialize,再调用子类的+initialize
(先初始化父类,再初始化子类,每个类只会初始化1次)
- +initialize和+load的很大区别是,+initialize是通过objc_msgSend进行调用的,所以有以下特点
如果子类没有实现+initialize,会调用父类的+initialize(所以父类的+initialize可能会被调用多次)
如果分类实现了+initialize,就覆盖类本身的+initialize调用
十.Categroy 添加属性
默认情况下,因为分类底层结构的限制,不能添加成员变量到分类中。但可以通过关联对象来间接实现
关联对象提供了以下API
添加关联对象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key,
id value, objc_AssociationPolicy policy)
获得关联对象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void * key)
移除所有的关联对象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
key的常见用法
static void *MyKey = &MyKey;
objc_setAssociatedObject(obj, MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
objc_getAssociatedObject(obj, MyKey)
static char MyKey;
objc_setAssociatedObject(obj, &MyKey, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
objc_getAssociatedObject(obj, &MyKey)
使用属性名作为key
objc_setAssociatedObject(obj, @"property", value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
objc_getAssociatedObject(obj, @"property");
使用get方法的@selecor作为key
objc_setAssociatedObject(obj, @selector(getter), value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC)
objc_getAssociatedObject(obj, @selector(getter))
关联对象的原理
十一.Block
11.1 Block 本质
block本质上也是一个OC对象,它内部也有个isa指针
block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象
block的底层结构如下图所示
block的变量捕获(capture)
为了保证block内部能够正常访问外部的变量,block有个变量捕获机制
11.2 Block分类
block有3种类型,可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型,最终都是继承自NSBlock类型
__NSGlobalBlock__ ( _NSConcreteGlobalBlock ) 全局 block 没有访问auto变量
__NSStackBlock__ ( _NSConcreteStackBlock ) 栈 block 访问了auto变量
__NSMallocBlock__ ( _NSConcreteMallocBlock ) 堆 block __NSStackBlock__调用了copy
11.3 Block copy
在ARC环境下,编译器会根据情况自动将栈上的block复制到堆上,比如以下情况
-block作为函数返回值时
-将block赋值给__strong指针时
-block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时
-block作为GCD API的方法参数时
MRC下block属性的建议写法
-@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);
ARC下block属性的建议写法
-@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
-@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);
11.4 __Block修饰符
__block可以用于解决block内部无法修改auto变量值的问题
__block不能修饰全局变量、静态变量(static)
编译器会将__block变量包装成一个对象
11.5 __Block内存管理
当block在栈上时,并不会对__block变量产生强引用
当block被copy到堆时
会调用block内部的copy函数
copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
_Block_object_assign函数会对__block变量形成强引用(retain)
当block从堆中移除时
会调用block内部的dispose函数
dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
_Block_object_dispose函数会自动释放引用的__block变量(release)
11.6 Block 循环引用
arc 用__weak、__unsafe_unretained解决
mrc 用__Block、__unsafe_unretained解决
11.7 __unsafe_unretained
unsafe / 不安全 unretained/不引用
也可以解决循环引用,但是 指向对象销魂,指针存储地址不变,所以不推荐使用.__weak 会自动将指针变量设置为 nil .__Block也可以解决循环引用,需要手动将引用的对象设置 nil,手动解决循环引用
MRC 下通过 __unsafe_unretained解决 或者__block 解决 __Block 修饰以后,Block 内部不会对引用对象进行强引用,计数器不会+1
十二.Runtime
12.1 runtime介绍
Objective-C是一门动态性比较强的编程语言,跟C、C++等语言有着很大的不同
Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的
Runtime API提供的接口基本都是C语言的,源码由C\C++\汇编语言编写
12.2 isa 详解
在arm64架构之前,isa就是一个普通的指针,存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
从arm64架构开始,对isa进行了优化,变成了一个共用体(union)结构,还使用位域来存储更多的信息
12.3 isa详解 – 位域
12.4 &(按位与符号介绍)
& 都是1才是1, 一个1,就是0
0000&0010 可以取出某一个特定位数值
掩码: 用来按位与(&)运算的
1<<0 左移0位 则为0b 0000 0001
1<<1 左移1位 则为0b 0000 0010
1<<2 左移2位 则为0b 0000 0400
1左移几位
12.5 |(按位或)
| 有1才是1, 一个1,就是1,2个0就是0
0000 | 0010 结果就是 0010
12.6 ~(按位取反)
~ 0000 1010 取反位1111 0101
12.7 位域
struct{
char tall : 1; //表示只占一位
char rich : 1;
char handsome: 1
} test // 0b0000 0111
12.8 共用体
unioc{
char bits;
struct{
char tall : 1;
char rich : 1;
char handsome: 1
} test
}
12.9 Class的结构
12.10 class_rw_t
12.11 class_ro_t
12.12 method_t
12.13 方法缓存
Class内部结构中有个方法缓存(cache_t),用散列表(哈希表)来缓存曾经调用过的方法,可以提高方法的查找速度
缓存查找
objc-cache.mm
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
12.14 runtime objc_msgSend() 消息机制
objc_msgSend(对象,sel_registerName(方法名字字符串))
// 消息接收者(receiver)
// 消息名称
// OC的方法调用: 消息机制,给方法调用者发送消息
内部执行分3大阶段
1. 消息发送
2. 动态方法解析
3. 消息转发
12.15 消息发送 过程
1.通过方法名字去 类对象 方法缓存中查找,如果有则返回方法地址
2.如果没有缓存,则会遍历 方法列表查找
3.查到了方法返回,并添加到 缓存列表
4.如果没找到则会去父类缓存中查找,在去父类方法列表中查找,一层一层父类往上找
objc_msgSend执行流程01-消息发送
12.16 动态方法解析
1.如果 消息发送 未找到方法,则会进行动态方法解析
2.如果是 对象方法调用会 调用_class_resoveInstanceMethod()
如果是 类方法调用 调用 _class_resoveClassMethod()
3.+(BOOL)ResoveInstanceMethod:(SEL) sel{
// 获取其他方法
Method method = class_getInstanceMethod(self,@selector(test));
//动态添加方法
class_addMethod(self,
@selecetor(test),
method_getImplementation(method),
method_getTypeEndcoing(method));
return YES;
}
类方法同理
动态添加方法
12.17 消息转发
// 消息转发-
-(id)forwardTargetForSelector:(SEL) aSelector{
// 判断方法名字
if(aSelector == @selector(test)){
//转发给哪个对象解决
return [NSPerson alloc]init];
}
}
// 消息转发- 方法签名,返回值类型,参数类型
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
if(aSelector == @selector(testMethod))
{
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
return nil;
}
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
if (anInvocation.selector == @selector(testMethod))
{
TestModelHelper1 *h1 = [[TestModelHelper1 alloc] init];
TestModelHelper2 *h2 = [[TestModelHelper2 alloc] init];
[anInvocation invokeWithTarget:h1];
[anInvocation invokeWithTarget:h2];
}
}
12.18 [self class] & [super class]
[super message] 消息接受者还是子类,方法寻找是从父类查找的
super调用,底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用,接收2个参数
struct objc_super2
SEL
receiver是消息接收者
current_class是receiver的Class对象
12.19 Runtime的应用01 – 查看私有成员变量
12.20 Runtime的应用02 – 字典转模型
利用Runtime遍历所有的属性或者成员变量
利用KVC设值
12.21 runtime 方法交换
class_replaceMethod
method_exchangeImplementations
12.22.常用 api
12.22.1Runtime API01 – 类
动态创建一个类(参数:父类,类名,额外的内存空间)
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
注册一个类(要在类注册之前添加成员变量)
void objc_registerClassPair(Class cls)
销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)
获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)
设置isa指向的Class
Class object_setClass(id obj, Class cls)
判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj)
判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)
12.22.2Runtime API02 – 成员变量
获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)
拷贝实例变量列表(最后需要调用free释放)
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
动态添加成员变量(已经注册的类是不能动态添加成员变量的)
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
获取成员变量的相关信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)
12.22.3Runtime API03 – 属性
获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
拷贝属性列表(最后需要调用free释放)
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount)
动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount)
获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
12.22.4Runtime API04 – 方法
获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)
方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name)
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
拷贝方法列表(最后需要调用free释放)
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
动态添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
获取方法的相关信息(带有copy的需要调用free去释放)
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)
选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)
用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)
十三.runloop
13.1 runloop 简介
运行循环-在程序运行中循环做一些事情
应用范畴
定时器(Timer)、PerformSelector
GCD Async Main Queue
事件响应、手势识别、界面刷新
网络请求
AutoreleasePool
13.2 runloop 基本作用
RunLoop的基本作用
保持程序的持续运行
处理App中的各种事件(比如触摸事件、定时器事件等)
节省CPU资源,提高程序性能:该做事时做事,该休息时休息
......
13.3 Runloop 对象
iOS中有2套API来访问和使用RunLoop
Foundation:NSRunLoop
Core Foundation:CFRunLoopRef
NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
CFRunLoopRef是开源的
https://opensource.apple.com/tarballs/CF/
13.4 runloop 和线程关系
每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
RunLoop保存在一个全局的Dictionary里,线程作为key,RunLoop作为value
线程刚创建时并没有RunLoop对象,RunLoop会在第一次获取它时创建
RunLoop会在线程结束时销毁
主线程的RunLoop已经自动获取(创建),子线程默认没有开启RunLoop
13.5 获取RunLoop对象
Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象
Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象
13.6 runloop 相关类
13.7 CFRunloopModeRef 模式
CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式
一个RunLoop包含若干个Mode,每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
RunLoop启动时只能选择其中一个Mode,作为currentMode
如果需要切换Mode,只能退出当前Loop,再重新选择一个Mode进入
- 不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来,互不影响
如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer,RunLoop会立马退出
常见的2种Mode
kCFRunLoopDefaultMode(NSDefaultRunLoopMode):App的默认Mode,通常主线程是在这个Mode下运行
UITrackingRunLoopMode:界面跟踪 Mode,用于 ScrollView 追踪触摸滑动,保证界面滑动时不受其他 Mode 影响
添加Observer监听RunLoop的所有状态
13.8 运行逻辑
13.9 RunLoop在实际开中的应用
控制线程生命周期(线程保活)
解决NSTimer在滑动时停止工作的问题
监控应用卡顿
性能优化
13.10 线程保活(常驻线程)
runloop 如果没有任何 source/source0 timer/observer 就会退出