神经病院objc runtime入院考试

本文的题目源自2014年11月1日，sunny分享的objc runtime。

在一次看到这四个题目的时候，我居然很巧妙的避开了所有的正确答案，这让我对自己的技术水平产生了深深的怀疑。更让我感到绝望的是有些题目我居然看参考答案都无法理解！！！时隔多年，当我回过头来继续看这些题目的时候，我发现我居然能够理解了，这种能够看到自己进步的感觉，真好。由于前三道题目比较简单，而且太多的博客讲解了，在此不做细谈，重点来看第四题。

(4) 下面的代码会？Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?
@interface Sark : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
@implementation Sark
- (void)speak {
   NSLog(@"my name's %@", self.name);
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
   [super viewDidLoad];
   id cls = [Sark class];
   void *obj = &cls;
   [(__bridge id)obj speak];
}
@end
答案

(4)编译运行正常，输出ViewController中的self对象。编译运行正常，调用了-speak方法，由于
id cls = [Sark class];
void *obj = &cls;
obj已经满足了构成一个objc对象的全部要求（首地址指向ClassObject），遂能够正常走消息机制；
由于这个人造的对象在栈上，而取self.name的操作本质上是self指针在内存向高位地址偏移（32位下一个指针是4字节），按viewDidLoad执行时各个变量入栈顺序从高到底为（self, _cmd, self.class, self, obj）（前两个是方法隐含入参，随后两个为super调用的两个压栈参数），遂栈低地址的obj+4取到了self。

这道题考察的重点是：

1.什么是一个OC的对象？
2.对象怎么去调用一个方法？
3.对象怎么去获取一个属性的值？

客官，坐下来喝杯茶，且听我徐徐道来。

什么是一个OC的对象?

在OC2.0中，对象的定义是：


typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;

@interface Object { 
    Class isa; 
}

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
}

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
}

union isa_t 
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    Class cls;
    uintptr_t bits;
}

可以看到我们所使用的OC对象其实是一个结构体，它里面的第一个变量就是一个指向类地址的isa指针。而且我们的类也是一个对象，他继承自objc_object。同时它的isa指针指向meta class。下面看这张经典的图。

isa指针

图中虚线表示isa指针，实线表示superclass指针。

1.Root class (class)其实就是NSObject，NSObject是没有超类的，所以Root class(class)的superclass指向nil。
2.每个Class都有一个isa指针指向自身的Meta class。
3.Root class(meta)的superclass指向Root class(class)，也就是NSObject，形成一个回路。
4.每个Meta class的isa指针都指向Root class (meta)。

这个时候再来回归我们的问题，什么是一个OC的对象?

答：一个首地址指向类地址的结构体。

注：如果还想继续深入可以参考霜神这片文章

对象怎么去调用一个方法？

上面我们说到了，每个实例对象都有一个isa指针指向类对象。
为什么要指向类对象呢？因为所有的实例方法列表都存储在类对象中，类方法存储在元类中。
当我们去调用一个实例方法时，是通过实例对象的isa找到类，然后再去寻找方法的实现。
网上有很多的文章可供参考，在此不做细谈。

对象怎么去获取一个属性的值？

我们已经知道了OC的对象其实是一个结构体，且实例对象的方法存储在类对象中，类对象和元类对象在全局中只有一份，所以实例对象的属性肯定是存储在实例对象中。

下面我们来证明：
首先：属性 = Ivar + get +set；

@interface IntClass : NSObject{
    
    @public
    int value1;
}
@end

@implementation IntClass

@end

@interface CharClass : NSObject {
    
    @public
    char value1;
    char value2;
}

@end

我们定义了两个类IntClass和CharClass，他们分别有一个int型实例变量value1和两个char型实例变量value1，value2。
接下来看我的测试代码：

    CharClass *charObject = [CharClass new];
    charObject->value1 = 1;
    charObject->value2 = 2;
    int value = ((IntClass *)charObject)->value1;

测试代码1

在这里你可以看到，我把一个CharClass的对象强转为IntClass的对象并且强制获取的他value1，没有奔溃，而且有值为513。
这个513是不是有点眼熟，刚好等于256*2+1，也就是说他去取值的时候，刚好把char类型的value2和value1的值当做了一个int类型来读取。

这个时候我们再把实例变量换成属性。

    CharClass *charObject = [CharClass new];
    charObject.value1 = 1;
    charObject.value2 = 2;
    struct object *obj = (__bridge struct object *)charObject;
    obj->isa = [IntClass class];
    int value = ((__bridge IntClass *)obj).value1;

struct object的定义如下：

struct object {

    Class isa;
};

测试代码2

你会发现结果和上面一直，但是如果你注释掉第52行代码，你会发现value的值为1。

由此我们可以得出以下结论：
1.实例变量存储在实例对象（结构体）中。
2.实例变量的获取方式为实例对象的地址+offset。
如图所示：

示意图1

因为char类型占一个字节，而一个int占4个字节。所以，当我们把isa指向IntClass或者用实例变量来强制访问IntClass的value1值时，其实是把value1和value2当做了一个整体来读取，即*(int *)(charObject+8)。注：一个指针占8个字节，Class其实是一个struct objc_class的指针。

示意图2

这个时候再回到最开始的问题，也就是sunny的考试题。

@interface Sark : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
@implementation Sark
- (void)speak {
   NSLog(@"my name's %@", self.name);
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
   [super viewDidLoad];
   id cls = [Sark class];
   void *obj = &cls;
   [(__bridge id)obj speak];
}
@end

很显然obj满足了一个OC的基本条件，拥有指向类对象的指针。
但是此时这个类对象有点特殊，因为他没有指向堆区，而是指向了栈区。堆是从低地址向高地址生长，而栈是从高地址向低地址生长。因此obj+8等于向栈底偏移8个单位。那么这个时候他指向了哪里呢？我们用clang命令重写看看。

示意图3

我们可以看到viewDidLoad方法中有两个隐藏参数：self，_cmd在栈底，然后是super标识符的构成，self，ViewController类。
所以此时的栈分布图如下：

示意图4

注：引用自霜神博客。

证明图如下所示：

示意图5

所以，此时的obj对象的name属性就是cls的地址再偏移8个字节，也就是刚好是self的地址。所以此时输出的是self的信息。