1. Objective-C的本质

我们平时编写的OC代码,其实底层实现都是C/C++代码,类主要是基于C/C++的结构体的数据结构实现的,因为对象或者类有各种类型(NSArray *，NSDictionary *,CFfloat等),因为可以存储不同种类的数据,能够满足的这样的结构就是结构体.
为了证明OC的结构,所以可以转换成C++的代码,窥探内部的结构(有时候C++的代码也不一定能完全表示源码的情况,需要调试到汇编代码或源码查看).
我们可以通过终端进入到要窥探所在文件的位置,使用命令xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp.(如果电脑上面安装了多个版本的Xcode,转换为C++代码的时候会提示各种框架找不到的错误,一般是因为多个版本的Xcode路径冲突导致的,我们需要在终端指定一个Xcode的路径,例:sudo xcode-select --switch/Applications/Xcode10.0.app/Contents/Developer/).

注释:解释各种参数的翻译
xc就是Xcode的缩写。
xcrun是Xcode的一种工具。
-sdk iphoneos规定sdk需要运行在iOS系统上面。
clang是Xcode内置的llvm编译器前端，也是编译器的一种。
-arch xxx(arm64、i386、armv7...)指出iOS设备的架构。
参数 -rewrite-objc xx.m 是重写objc代码的指令(即重写xx.m文件) 。
-o newFileName.cpp 表示输出新的.cpp文件。

2. NSObject底层实现原理

NSObject底层原理.png

Class 定义为 :typedef struct objc_class *Class;也就是说Class是个结构体指针.
代码中[NSObject alloc]开辟空间给NSObject。obj的指针指向了isa的地址.isa的地址就是结构体的地址,原因是结构体的地址就是结构体中第一个成员的地址,而结构体只有一个成员,即isa指针的地址.

一. 例:student底层的原理

Student普通的结构.png

答：因为Student继承NSObject,也就继承了NSObject的数据结构,所以继承NSObject的8个字节,也就是NSobject中的isa的大小。

思考题：Student继承Person的结构.png

Person占据class_getInstanceSize=16 malloc_size=16, Student占据class_getInstanceSize=16 malloc_size=16,Person的变量实际用了12,但是由于内存对齐所以占用16.

二. 两种方法看内存大小

我们有这种方法在OC中表达一个类内存的大小.

<objc/runtime.h>文件提供class_getInstanceSize(Class _Nullable cls)方法，返回我们一个OC对象
的实例所占用的内存大小(可以说是结构体内存对齐之后的大小,8的倍数)；
<malloc/malloc.h>文件提供 size_t malloc_size(const void *ptr)方法返回系统为这个对象分配的
内存大小(16的倍数)。

三. 内存对齐的原理(不全,后期添加)

我们先来看一些内存的例子，更加方便我们去理解内存分配和内存对齐原理:

• 看一个没有成员变量的类的实例（以NSObject为例)

    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    NSLog(@"NSObject实例大小--> %zd",class_getInstanceSize([obj class]));
    NSLog(@"obj实际分配的内存%zd",malloc_size((const void *)obj));
//    NSObject实例大小--> 8
//    obj实际分配的内存16

• 一个普通的类的实例，并且实例有且仅有唯一的成员变量（如：Student只有一个name属性）

@interface Student: NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end;

@implementation  Student
@end;

Student *stu = [[Student alloc] init];
stu.name = @"Object-C";
NSLog(@"Student实例大小--> %zd",class_getInstanceSize([stu class]));
NSLog(@"stu实际分配的内存%zd",malloc_size((const void *)stu));
//     Student实例大小--> 16
//     stu实际分配的内存16

• 一个普通的类的实例，并且实例有自己的成员变量(如：Student类，为其添加属性age、name等)

@interface Student: NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end;

@implementation  Student
@end;

Student *stu = [Student new];
stu.name = @"Object-C";
stu.age = 25;
NSLog(@"Student实例大小--> %zd",class_getInstanceSize([stu class]));
NSLog(@"stu实际分配的内存%zd",malloc_size((const void *)stu));
//     Student实例大小-->24
//     stu实际分配的内存32

由以上三次测试：一个OC对象所占用的内存取决于这个对象成员变量的多少.但是同时,系统为其分配内存时,默认会分配最少16个字节的大小.OC中对象的内存小于16就等于16(是Core Foundation的规定),下面是Core Foundation的源码.

size_t instanceSize(size_t extraBytes){
    size_t size = alignedInstanceSize()+extraBytes;
    //CF requires all objects be at least 16 bytes.
    if (size < 16) size = 16;
    return size;
}

内存对齐的原则:结构体的大小必须是最大成员的倍数.
更多的内存对齐的知识--内存对齐
补充:sizeof不是个函数是个运算符,传入的时候是类型不是具体的对象,sizeof是在编译的时候进行计算的.

3. OC对象的分类

objective-C的对象,简称为OC对象,分为三种:

1. instance对象(实例对象).
2. class对象(类对象).
3. meta-class(元类对象).

一. 实例对象

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对象是通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象.instance对象在内存中存储的信息包括:isa指针,其他成员变量。
实例对象存放的内容包含：

二. 类对象

NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass2 = [object2 class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
Class objectClass4 = object_getClass(object1);//Runtime API
Class objectClass5 = object_getClass(object2);//Runtime API

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.
类对象存放的内容包含：

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）.

三. 元类对象

获取一个类对象的元类对象的方法.

Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);//Runtime API

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）.
补充:
查看Class是否为meta-class:

BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);

以下代码获取的objectClass是class对象，并不是meta-class对象

Class objectClass = [[NSObject class] class];

objcget-Class和object-getClass区别

四. isa和superClass

1. isa

isa的指向关系图.png

①instance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.
②class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.

2. superClass

类对象的指向关系.png

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.

元类对象的指向关系.png

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. 经典的isa和superclass图谱

经典图片.png

1. isa总结

• instance的isa都是指向class.
• class的isa都是指向meta-class.
• meta-class的isa指向基类的meta-class.

2. superClass总结

• 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meta-class的superClass指向基类的class.

3. instance的调用轨迹

• isa找到class，方法不存在，就通过superclass找父类.

4. 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.
• 基类的meta-class方法不存在,就通过superclass找基类的class,如果没有找到就是nil.

4. isa地址运算

isa.png

isa的MASK地址.png

从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址,superClass存储的地址值,直接就是父类的地址值,不用做位运算.

一个对象完整的结构.png

实例对象里只有成员变量没有方法,为什么实例对象的方法要存在类对象里,原因是只要存一份就够了,实例对象会创建多个.

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