大家好！我是Tony,一个热爱技术，希望运用技术改变生活的的追梦男孩。闲话不多说，下面带大家认识一下Objective-C的对象。
从OC的角度看对象本质
OC是一门面向对象的语言，我们从一开始接触OC的时候，肯定都接触过NSObject对象，和其他语言一样，如Java的Object，是整个OC的根类型，通俗的讲就是OC中所有的类都是直接或者间接的继承于此类，下面我们先移步到NSObject的头文件，看看里面有哪些内容。
NSObject协议
@protocol NSObject
//判断对象相等的方法
- (BOOL)isEqual:(id)object;
//获取对象的hash值
@property (readonly) NSUInteger hash;
//父类的类对象
@property (readonly) Class superclass;
- (Class)class ;
//自身指针
- (instancetype)self;
//直接向对象发送消息的方法，绕过编译器的检测（运行时系统负责去找方法，在编译时候不做任何校验），
//Cocoa支持在运行时向某个类添加方法，即方法编译时不存在，但是运行时候存在，这时候必然需要使用performSelector去调用。
//为了程序的健壮性，会使用检查方法- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object;
- (id)performSelector:(SEL)aSelector withObject:(id)object1 withObject:(id)object2;
//自省方法 用来判断一个对象是不是某一个类的对象（包括子类）
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass;
//自省方法 用来判断一个对象是不是某一个类的对象（不包括子类）
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass;
//判断对象是否尊守某个协议
- (BOOL)conformsToProtocol:(Protocol *)aProtocol;
//判断方法是否存在
- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector;
//内存管理相关的方法
- (instancetype)retain OBJC_ARC_UNAVAILABLE;
- (oneway void)release OBJC_ARC_UNAVAILABLE;
- (instancetype)autorelease OBJC_ARC_UNAVAILABLE;
- (NSUInteger)retainCount OBJC_ARC_UNAVAILABLE;
- (struct _NSZone *)zone OBJC_ARC_UNAVAILABLE;
@end
NSObject类
这里仅留下了方法调用相关的方法
//方法查找相关的方法
+ (BOOL)instancesRespondToSelector:(SEL)aSelector;
- (IMP)methodForSelector:(SEL)aSelector;
+ (IMP)instanceMethodForSelector:(SEL)aSelector;
//第一步：在方法查找过程中，未处理掉的方法就会来到此处，询问是否在运行时增加该方法的IMP
//类方法决议（动态方法解析），调用resolveClassMethod给个机会让类添加这个实现这个函数
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
//类实例方法决议（动态方法解析），调用resolveInstanceMethod给个机会让类添加这个实现这个函数
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
//第二步：快速方法转发，让其他类处理
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
//第三步：快速方法转发，让其他类处理
//对象方法签名，用于生成NSInvocation对象
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector；
//实例方法签名，用于生成NSInvocation对象
+ (NSMethodSignature *)instanceMethodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation ;
//第四步：方法找不到时，来到此方法，抛出异常
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector;
NSObject类干的事情有hash、equal、对象的原型、自省、内存管理、方法查找、动态方法解析、方法的快速转发等，
在头文件中能够看到和对象本质相关联的就是Class,isa等关键词，下面我们将继续学习Class和isa
Class的本质
Class的定义是typedef struct objc_class *Class;,在objc4中objc_class是继承objc_object,所以我们先看看objc_object的定义：
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
public:
// ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
Class ISA();
// object may have associated objects?
bool hasAssociatedObjects();
void setHasAssociatedObjects();
// object may be weakly referenced?
bool isWeaklyReferenced();
void setWeaklyReferenced_nolock();
..........
};
可以看见objc_object的定义非常简单，内部有一个isa成员。
下面我们看看objc4中objc_class的结构
下面是objc4中objc_class的部分定义代码
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
bool isMetaClass() {
ASSERT(this);
ASSERT(isRealized());
#if FAST_CACHE_META
return cache.getBit(FAST_CACHE_META);
#else
return data()->ro->flags & RO_META;
#endif
}
// Like isMetaClass, but also valid on un-realized classes
bool isMetaClassMaybeUnrealized() {
return bits.safe_ro()->flags & RO_META;
}
// NOT identical to this->ISA when this is a metaclass
Class getMeta() {
if (isMetaClass()) return (Class)this;
else return this->ISA();
}
bool isRootClass() {
return superclass == nil;
}
bool isRootMetaclass() {
return ISA() == (Class)this;
}
...........
};
- isa(继承自objc_object)指向元类
- superclass指向父类
- cache方法缓存,当调用一次方法后就会缓存进vtable中,加速下次调用
- bits这是今天的主角,就是存储类的方法、属性和遵循的协议等信息的地方
我们从Class的结构中可以看见，类对象其实存储了实例的变量和方法，及相关的协议；对象则是存储实例变量的值；我们经常会使用类的类方法，在Class的结构中我们并没有看见类方法的存储位置,类对象的isa其实指向的就是metaclass，而metaclass中存储了类方法。
看了这些是不是还有很多疑惑，如objc_cache方法缓存原理是啥？什么时候使用到？为什么要设计metaclass?方法的调用过程是什么？不着急后面将一一解答
从C/C++的角度看看对象本质
我们通过创建OC对象，并将OC文件转化为C++文件来探寻OC对象的本质，OC如下代码
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"objc对象实际需要的内存大小: %zd", class_getInstanceSize([object class]));//objc对象实际需要的内存大小: 8
NSLog(@"objc对象实际分配的内存大小: %zd", malloc_size((__bridge const void *)(object)));//objc对象实际分配的内存大小: 16
}
return 0;
}
使用 clang 将 OC 代码转换为 C++ 代码
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
或者使用 XCode 工具 xcrun 进行转换
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
打开main.cpp定位到main函数
int main(int argc, const char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
//简化版本
NSObject *object = objc_msgSend(objc_msgSend(objc_getClass("NSObject"),sel_registerName("alloc")),sel_registerName("init"))
}
return 0;
}
这里可以看到，objc_msgSend先向NSObject发送了alloc,然后发送了init消息；此时对象就被初始化完毕，下面我们打印一下内存占用情况，代码如下
NSLog(@"objc对象实际需要的内存大小: %zd", class_getInstanceSize([object class]));//打印结果：8
NSLog(@"objc对象实际分配的内存大小: %zd", malloc_size((__bridge const void *)(object)));//打印结果：16
是不是很疑惑，对象仅仅使用了8字节为什么会分配16个字节的大小呢？对于这个问题我们可以通过阅读objc4的源代码来找到答案。通过查看跟踪obj4中alloc和allocWithZone两个函数的实现，会发现这个连个函数都会调用一个instanceSize的函数：
size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
是不是豁然开朗，对象的内存大小最低消费就是16字节。
下面我们看看对象中有成员变量时，对象的内存占用变化
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,assign) int age;
@end
@implementation Person
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
Person *object = [[Person alloc] init];
NSLog(@"objc对象实际需要的内存大小: %zd", class_getInstanceSize([object class]));//打印结果：16
NSLog(@"objc对象实际分配的内存大小: %zd", malloc_size((__bridge const void *)(object)));//打印结果：16
}
return 0;
}
此时对象的实际内存大小和分配内存大小都是16字节，我们知道int类型是占4个字节，而8+4=12，这应该才是实际内存占用的大小，为什么是16字节呢？
这里就需要引入内存地址对齐的问题，地址对齐意思就是内存的增加必须满足是8字节的倍数，所以12字节不满16，则分配16字节，其中增加了4字节的占位
有了这个概念后，如果我为Person对象再增加一个int类型number的属性，实际内存大小是否会改变呢？下面我们看一下打印结果：
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,assign) int age;
@property (nonatomic,assign) int number;
@end
@implementation Person
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
Person *object = [[Person alloc] init];
NSLog(@"objc对象实际需要的内存大小: %zd", class_getInstanceSize([object class]));//打印结果：16
NSLog(@"objc对象实际分配的内存大小: %zd", malloc_size((__bridge const void *)(object)));//打印结果：16
}
return 0;
}
可以看见打印结果都是16，说明内存大小并无增加，此时number的内存刚好填补了之前的4字节占位内存，不会造成内存的浪费
上篇文章先到此，感谢大家的阅读！
