OC(Objective-C)是如何实现面向对象的？

OC(Objective-C) 实现面向对象三大特性（封装、继承、多态）的方式，其核心在于 C语言 + Runtime（运行时机制）。

下面我们来详细拆解OC是如何实现面向对象的。

核心思想：从 C 结构体到 OC 对象

本质上，每一个 OC 对象（如 NSObject *obj）都是一个指向结构体的指针。

1. 封装

   • 实现方式：通过 @interface 和 @implementation 来实现。
   • 底层原理：每个 Objective-C 类在编译后，都会对应一个 C 语言的结构体（struct）。这个结构体的第一个成员通常是 Class isa，它指向类的元数据（类对象），这是运行时机制的基石。

   示例：
   当你定义一个类 Person：

   // Person.h (接口声明 - 封装)
   @interface Person : NSObject
   {
       @private
       NSString *_name; // 实例变量（Ivar）
   }
   @property (nonatomic, copy) NSString *name; // 属性（自动生成getter/setter）
   - (void)sayHello; // 方法声明
   @end
   

   底层近似结构（概念上）：

   struct Person_IMPL {
       Class isa;        // 继承自NSObject，所以第一个成员是isa
       NSString *_name;  // 封装在结构体中的实例变量
   };
   

   • @public, @protected, @private 关键字用于控制实例变量的访问权限，实现了数据隐藏。
   • @property 编译器会自动生成对应的 getter 和 setter 方法，这些方法就是对内部实例变量进行安全访问的接口，进一步加强了封装性。

2. 继承

   • 实现方式：通过 :父类名 的语法实现。
   • 底层原理：结构体的内存布局。子类对应的结构体，其内存布局的第一个部分就是父类的结构体。这就是为什么子类可以访问父类的属性和方法，因为从内存角度看，子类对象开头就是一个完整的父类对象。

   示例：

   @interface Student : Person
   @property (nonatomic, copy) NSString *school;
   @end
   

   底层近似结构（概念上）：

   struct Student_IMPL {
       struct Person_IMPL person_OBJ_Storage; // 本质上就是包含一个父类结构体
       NSString *_school;
   };
   

   • 当一个 Student 对象被创建时，它的内存中不仅包含 _school，也包含从 Person 继承来的 isa 和 _name。
   • 方法调用时，如果子类没有实现，就会沿着这个继承链（通过 isa 指针）去父类中查找。

3. 多态

   • 实现方式：多态在 OC 中主要通过 动态类型（Dynamic Typing） 和 动态绑定（Dynamic Binding） 来实现，这依赖于强大的 Runtime 机制。
   • 底层原理：
     • 动态类型：id 类型和 isa 指针。一个对象在运行时才知道其真实类型。isa 指针指向对象的类，运行时可以通过 isa 查询到对象的实际类型。
     • 动态绑定：消息传递（Messaging） 机制。这是 OC 多态最核心的体现。

   示例：

   Person *p1 = [[Person alloc] init];
   Person *p2 = [[Student alloc] init]; // 多态：父类指针指向子类对象
   
   [p1 sayHello]; // 调用 Person 的 sayHello 方法
   [p2 sayHello]; // 调用 Student 的 sayHello 方法（如果Student重写了）
   

   消息传递的简化过程：
   当执行 [p2 sayHello] 时，编译器会将其转换为一个运行时函数调用 objc_msgSend(p2, @selector(sayHello))。

   1. objc_msgSend 会首先找到 p2 指向的对象。
   2. 通过对象的 isa 指针找到对应的类对象 Student。
   3. 在 Student 的方法列表（method list）中查找 sayHello 方法。
   4. 如果找到，就跳转到该方法的实现（函数指针）并执行。
   5. 如果没找到，就通过类对象的 super_class 指针去父类 Person 的方法列表中查找，直到根类（NSObject）。
   • 这种运行时才决定执行哪个方法实现的机制，就是动态绑定。它允许不同的对象（Person 对象和 Student 对象）对同一消息（sayHello）做出不同的响应，这就是多态。

总结：Runtime 是面向对象的引擎

关键结论：
Objective-C 的面向对象不是由编译器静态决定的，而是由 Runtime 这个动态系统在程序运行时动态创建的。类的结构、方法的查找、消息的传递都是在运行时发生的。这使得 OC 非常灵活，支持如 方法交换（Method Swizzling）、动态添加方法/属性 等高级特性，这也是它与 C++ 等语言在实现面向对象上最根本的区别。