【OC底層】OC對象本質,如 isa, super-class

Objective-C的本質

一、咱們編寫的Objective-C，底層現實都是C/C++，代碼生成步驟以下：

 

二、在OC中的全部面向對象的實現，都是基於C/C++的數據結構實現的

三、將Objective-C代碼轉換爲C\C++代碼

　　xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc OC源文件 -o 輸出的CPP文件

 　  注:若是須要連接其餘框架,使用-framework參數。好比-framework UIKit

 

一個OC對象在內存中是如何佈局的? 

 

NSObject基類的實現：

 

子類的實現：

 

子類的拆解：

 一、在OC中的對象，就是 C++中的 struct來實現的

 二、每一個OC對象中都會有一個 isa 的指針，isa指向的是 objc_class 結構體，以下（舊版OC原碼）：

經過代碼能夠看得出在OC2 中已經不能經過  objc_method_list 之類的方式獲取方法名、實例、協議之類的了，須要使用新的方法獲取

 

思路：自定義一個和oc源碼中 objc_class 結構同樣的結構體，而後將對象的isa 強轉成咱們自定義的那個，再去調用

以下是OC中objc_class的源碼（新版OC原碼）：

新的OC版本中方法、屬性、協議相關數據都存在了 bits 

經過 bits.data() 返回 class_rw_t 結構，以下：

bits.data() 的實現：

其中須要 經過 & FAST_DATA_MASK 才能獲取到真實的地址

總體數據結構圖：

 

 

 

 OC對象的分類

Objective-C對象主要分爲如下3類：

　　1> instance對象（實例對象）

　　2> class對象（類對象）存儲實例方法列表等信息

　　3> meta-class對象（元類對象）存儲類方法列表等信息

 

經過下面的代碼能夠分別獲取3種對象：

        NSObject* obj = [[NSObject alloc]init];
        const char* className = [@"NSObject" cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
        
        // 實例對象
        NSLog(@"instance: %p",obj);
        
        // 類對象
        NSLog(@"NSObject class: %p", [NSObject class]);
        // 同上
        NSLog(@"obj class: %p", [obj class]);
        // 若是傳實例對象，獲取到的仍是類對象
        NSLog(@"get class: %p", object_getClass(obj));
        // 經過類名獲取類對象
        NSLog(@"objcClass: %p", objc_getClass(className));
        
        // 元類對象
        // 必須要傳入類對象才能獲取元類對象
        NSLog(@"meta-class: %p", object_getClass([obj class]));
        // 經過類名獲取元類對象
        NSLog(@"objcMetaClass: %p", objc_getMetaClass(className));
        
        // 判斷是不是metaClass
        NSLog(@"isMetaClass1:%i",class_isMetaClass([NSObject class]));　　// 0
        NSLog(@"isMetaClass2:%i",class_isMetaClass([[NSObject class] class])); // 0
        NSLog(@"isMetaClass3:%i",class_isMetaClass(object_getClass([NSObject class]))); // 1

 

輸出：

2018-09-27 14:39:37.363 OC_isa_supclass[1350:102454] instance: 0x100202b50
2018-09-27 14:39:37.364 OC_isa_supclass[1350:102454] NSObject class: 0x7fff760140f0
2018-09-27 14:39:37.364 OC_isa_supclass[1350:102454] obj class: 0x7fff760140f0
2018-09-27 14:39:37.364 OC_isa_supclass[1350:102454] get class: 0x7fff760140f0
2018-09-27 14:39:37.365 OC_isa_supclass[1350:102454] objcClass: 0x7fff760140f0
2018-09-27 14:39:37.365 OC_isa_supclass[1350:102454] meta-class: 0x7fff76014118
2018-09-27 14:39:37.365 OC_isa_supclass[1350:102454] objcMetaClass: 0x7fff76014118
2018-09-27 14:49:27.746 OC_isa_supclass[1360:106109] isMetaClass1:0
2018-09-27 14:49:27.746 OC_isa_supclass[1360:106109] isMetaClass2:0
2018-09-27 14:49:27.746 OC_isa_supclass[1360:106109] isMetaClass3:1

　　1> 須要注意的是 object_getClass 方法，當傳入的是實例對象，就會返回類對象，若是傳入的是類對象就會返回元類對象

　　2> 還有一點就是 [[NSObject class] class] 這樣是獲取不到元類對象的，這樣獲取到的仍是類對象

 　  3> 另外裏面還有兩個 objc_ 開頭的方法，分別是獲取類對象和元類對象，但它是傳入類名字符串就能夠了，須要轉換成 C語言的char

一、instance對象

　　instance對象就是經過類alloc出來的對象,每次調用alloc都會產生新的instance對象

　　

　　object一、object2是NSObject的instance對象(實例對象)

　　它們是不一樣的兩個對象,分別佔據着兩塊不一樣的內存

 

 　instance對象在內存中保存的信息包括：

　　1> isa指針

　　2> 其它成員變量

二、class對象

 

　objectClass1 ~ objectClass5都是NSObject的class對象(類對象)

　NSObject類對象只有一個，全部實例對象的class屬性獲取到的都是同一個類對象 

   class對象在內存中存儲的信息主要包括：

　　1> isa指針

　　2> superclass指針

　　3> 類的屬性信息（@property）、類的對象方法信息（instance method）

　　4> 類的協議信息（protocol）、類的成員變量信息（ivar）

　　　　....

三、meta-class對象

　　

　　 objectMetaClass是NSObject的meta-class對象(元類對象)

 　　每一個類在內存中有且只有一個meta-class對象

 

　　meta-class對象在內存中存儲的信息主要包括：

 　　1> isa指針

　　 2> superclass指針

　　 3> 類的類方法信息（class method）

　　　　... 

 注：class 對象和 meta-class 對象都是 Class 類型的，它們其實結構都是同樣的，class對象中同樣會包含 類方法，只不過那個類方法是 空的而已。

 　　一樣，meta-class對象中也有 類的屬性、對象方法、協議、成員變量，不過那些對應的值也都是空

 

isa指針

上面咱們經過源碼能夠看到每一個對象都有一個 isa 指針，isa指針做用是幹嗎的呢？

經過上圖能夠看出：

　　1> instance的isa指向class
　　　 當調用對象方法時，經過instance的isa找到class，最後找到對象方法的實現進行調用

　　2> class的isa指向meta-class

　　　 當調用類方法時，經過class的isa找到meta-class，最後找到類方法的實現進行調用

 

class對象的superclass指針

superclass是用於找父類的，好比子類調用某個方法，若是子類中沒有，就會去父類找，底層就是經過superclass找到父類的，以下圖：

 當Student的instance對象要調用Person的對象方法時，會先經過isa找到Student的class，而後經過superclass找到Person的class，最後找到對象方法的實現進行調用

  

 meta-class對象的superclass指針

 meta-class中的superclass基本和 class對象中的同樣，不過有一點點區別，如圖：

 

　　當Student的class要調用Person的類方法時，會先經過isa找到Student的meta-class，而後經過superclass找到Person的meta-class，最後找到類方法的實現進行調用

　　有什麼區別呢？從這圖可能看不出來，區別就是若是基類的meta-class中都找不到類方法，那麼它就會去從基類對象裏面去找對象方法，OC的底層實際上是不區分 對象方法與類方法的。

 

isa、superclass總結 

 

 

這張圖可以清楚的描述 isa和superclass的做用和關係,下面是備註了一下，看得更加懂點。

 

• instance的isa指向的是class對象
• class的isa指向的是meta-class對象
• 全部的meta-class的isa指向的都是基類的meta-class對象（重點）
• class的superclass指向的是父類的class對象，若是沒有父類，superclass指針爲nil
• meta-class的superclass指向的是父類的meta-class對象
• 基類的meta-class的superclass指向的是基類的class對象（重點）

　　instance調用對象方法的軌跡：

　　實例對象會先經過isa找到class對象，判斷裏面有沒有要調用的方法，若是有就直接調用，沒有就會經過class對象中的superclass找到父類，而後在父類中判斷是否有該方法，若是尚未就接着往上找。

 　　class調用類方法的軌跡：

　　 isa找meta-class，方法不存在，就經過superclass找父類，最後基類mate-class也沒有的話還會去基類對象找，這樣就會致使調用類方法可能會去調用實例對象的方法

 

 isa指針的一些問題

 上面已經說到了instance對象的isa指針指向的是class對象，那就是說instance對象的isa指針內存地址是否是就是class對象的內存地址呢？

 若是在之前的32位系統中確實如此，在64位系統中不是的，裏面有一個點操做， ISA_MASK

  其中arm64和x86架構的這個 ISA_MASK的偏移地址是不同的，以下圖：

 

 

 class、meta-class對象的本質結構都是struct objc_class，以下圖：

　　

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本文參考借鑑MJ的教程視頻，很是感謝.