iOS-Objective-C的本质

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-10-17 21:26 192阅读 0赞

众说周知,我们平时编写的OC代码,底层都是C/C++实现的

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我们可以通过一个终端指令,将我们的OC代码转换成C/C++代码

  1. xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc 文件名 -o 输出的CPP文件

例如:

  1. xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

思考一:OC的对象、类都是基于C/C++什么数据结构实现的??

首先看下面代码:

  1. #import <Foundation/Foundation.h>
  2. #import <objc/runtime.h>
  3. @interface Student : NSObject
  4. {
  5. @public
  6. int _age;
  7. int _no;
  8. }
  9. @end
  10. @implementation Student
  11. @end
  12. int main(int argc, const char * argv[]) {
  13. @autoreleasepool {
  14. Student *stu = [[Student alloc] init];
  15. stu->_age = 4;
  16. stu->_no = 5;
  17. NSLog(@"%@", stu);
  18. NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
  19. NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
  20. }
  21. return 0;
  22. }

通过终端命令生成.cpp文件

  1. xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

我们发现Student和NSObject的底层实现代码如下:

  1. struct Student_IMPL {
  2. struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
  3. int _age;
  4. int _no;
  5. };
  6. struct NSObject_IMPL {
  7. Class isa;
  8. };

所以,OC的对象、类都是基于C/C++当中结构体实现的。

那么,一个NSObject对象占用多少内存呢?

通过以上代码,我们发现一个NSObject对象占用的内存大小是一个指针变量所占用的大小(64bit,8个字节。32bit,4个字节)

同样可以通过代码检验

方法一:通过runtime方法检验

  1. NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));

终端打印结果:

  1. 2018-03-13 12:02:26.584356+0800 TestDemo[33726:1665977] 8

方法二:实时查看内存数据

  1. Debug -> Debug Workfllow -> View Memory Shift + Command + M

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输入内存地址:

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同样发现一个Student占16个字节,其中指针占了8个字节

方法三:可以通过lldb命令查看

常用lldb命令

查看结果如下:

  1. (lldb) x/4xw 0x102c0a590
  2. 0x102c0a590: 0x000011c9 0x001d8001 0x00000004 0x00000005

还可以通过lldb命令修改对象的值:

类、实例对象、元类(class、instance、meta-class)

类(class)

类:类是现实世界或思维世界中的实体在计算机中的反映,它将数据以及这些数据上的操作封装在一起(百科上的回答)。简单的说就是数据及行为的封装

通过查阅 Apple 官方开源的 objc 源码,可以看到类的数据结构如下:

  1. struct objc_class : objc_object {
  2. // Class ISA;
  3. Class superclass;
  4. cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
  5. class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
  6. class_rw_t *data() {
  7. return bits.data();
  8. }
  9. void setData(class_rw_t *newData) {
  10. bits.setData(newData);
  11. }
  12. ...
  13. ...
  14. ...(省略)
  15. }
  16. struct class_rw_t {
  17. // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
  18. uint32_t flags;
  19. uint32_t version;
  20. const class_ro_t *ro;
  21. method_array_t methods; // 方法信息
  22. property_array_t properties; // 属相信息
  23. protocol_array_t protocols; // 协议信息
  24. Class firstSubclass;
  25. Class nextSiblingClass;
  26. ...
  27. ...
  28. ...(省略)
  29. struct class_ro_t {
  30. uint32_t flags;
  31. uint32_t instanceStart;
  32. uint32_t instanceSize; // 对象占用的内存大小
  33. #ifdef __LP64__
  34. uint32_t reserved;
  35. #endif
  36. const uint8_t * ivarLayout;
  37. const char * name; // 类名
  38. method_list_t * baseMethodList;
  39. protocol_list_t * baseProtocols;
  40. const ivar_list_t * ivars; // 成员变量列表
  41. const uint8_t * weakIvarLayout;
  42. property_list_t *baseProperties;
  43. method_list_t *baseMethods() const {
  44. return baseMethodList;
  45. }
  46. };

通过以上代码我们发现Class对象在内存中存储的信息主要包括:

  • isa指针
  • superclass指针
  • 属性信息
  • 协议信息

同时我们发现objc_class 继承自 objc_object,哈哈,其实类也是一个对象。。。

  1. NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
  2. NSObject *obj2 = [[NSObject alloc] init];
  3. Class objClass1 = [obj1 class];
  4. Class objClass2 = [obj2 class];
  5. Class objClass3 = [NSObject class];
  6. Class objClass4 = object_getClass(obj1);
  7. Class objClass5 = object_getClass(obj2);
  8. NSLog(@"\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n", obj1, obj2, objClass1, objClass2, objClass3, objClass4, objClass5);

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通过以上试验,我们发现,NSObject生成两个实例对象obj1、obj2,这两个实例对象分布在不同的内存地址,但是他们的Class指针是一样的,所以我们得出以下结论:

  • objClass1 ~ objClass5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

实例对象(instance)

对象:对象是具有类类型的变量(百科)。其实对象就是一个类的具体实例。在 Objective-C 中,含有一个 isa 指针并且可以正确指向某个类的数据结构,都可以视作为一个对象,其中 isa 指针指向当前对象所属的类,通过苹果开源的官方文档,同样可以发现它的数据结构,如下代码:

  1. struct objc_object {
  2. private:
  3. isa_t isa;
  4. public:
  5. // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
  6. Class ISA();
  7. // getIsa() allows this to be a tagged pointer object
  8. Class getIsa();
  9. // initIsa() should be used to init the isa of new objects only.
  10. // If this object already has an isa, use changeIsa() for correctness.
  11. // initInstanceIsa(): objects with no custom RR/AWZ
  12. // initClassIsa(): class objects
  13. // initProtocolIsa(): protocol objects
  14. // initIsa(): other objects
  15. void initIsa(Class cls /*nonpointer=false*/);
  16. void initClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
  17. void initProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
  18. void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor);
  19. ...
  20. ...
  21. ...(省略)
  22. }

其实上面代码中obj1、obj2就是NSObject生成的两个实例对象,不同的对象分别占据两块不同的内存。

通过查看对象的底层代码,同样可以发现,对象在内存中的存储信息包含:

  • isa指针
  • 其它成员变量的值等

就比如多个对象存在相同的属性,但是属性的值却存在不同的对象当中。

元类(meta-class)

元类:元类其实就是描述类对象的类。简单的说就是类描述的是对象,而元类描述的是类。所以元类也定义了类的行为(类方法),其实元类的数据结构和类基本相同,只不过元类定义类的行为是类方法(+),而对象是对象方法(-)。原理都是遍历方法列表或者缓存列表

  1. Class objMetaClass1 = objc_getMetaClass("NSObject");
  2. Class objMetaClass2 = object_getClass([NSObject class]);

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objMetaClass1、objMetaClass2就是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)等
  • 查看class是否为meta-class

    BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);

方法的调用流程

通过以上信息我们就了解到了类、对象、元类之间的关系,那么类方法和对象方法的调用过程是怎样的呢??如下图所示:

640_wx_fmt_jpeg_tp_webp_wxfrom_5_wx_lazy_1 6

instance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

class的isa指向meta-class:

当调用类方法是,通过class的isa找到meta-class,最后找到类方法的实现进行调用

superclass的作用

当一个对象调用父类方法时,其实就是通过isa找到class,然后通过superclass找到父类的class,最后找到对象方法的实现进行调用(类方法调用也是这个原理,通过isa找到meta-class,然后通过superclass找到父类的meta-class,最后找到类对象的实现进行调用)

isa和superclass的调用流程

640_wx_fmt_jpeg_tp_webp_wxfrom_5_wx_lazy_1 7

Greg Parker的一份精彩图谱

通过上图可以总结如下:

  • instance的isa指向class
  • class的isa指向meta-class
  • meta-class的isa指向基类的meta-class
  • 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
  • 基类的meta-class的superclass指向基类的class
  • instance调用对象方法的轨迹,isa找到class,方法不存在,就通过superclass找父类
  • 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

作者:czj_warrior

链接:https://www.jianshu.com/p/e1993bf4ff58

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