【OC底層】OC對象本質,如 isa, super-class


Objective-C的本質

1、我們編寫的Objective-C,底層現實都是C/C++,代碼生成步驟如下:
 

2、在OC中的所有面向對象的實現,都是基於C/C++的數據結構實現的

3、將Objective-C代碼轉換為C\C++代碼

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

    注:如果需要鏈接其他框架,使用-framework參數。比如-framework UIKit

 

一個OC對象在內存中是如何布局的? 

 

NSObject基類的實現:

 

子類的實現:

 

子類的拆解:

 1、在OC中的對象,就是 C++中的 struct來實現的

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

通過代碼可以看得出在OC2 中已經不能通過  objc_method_list 之類的方式獲取方法名、實例、協議之類的了,需要使用新的方法獲取

 

思路:自定義一個和oc源碼中 objc_class 結構一樣的結構體,然后將對象的isa 強轉成我們自定義的那個,再去調用

如下是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 

通過 bits.data() 返回 class_rw_t 結構,如下:

bits.data() 的實現:

其中需要 通過 & FAST_DATA_MASK 才能獲取到真實的地址

整體數據結構圖:

 

 

 

 OC對象的分類

Objective-C對象主要分為以下3類:

  1> instance對象(實例對象)

  2> class對象(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

  注:一個類只會有一個類對象,一個元類對象,可以有多個實例對象

通過下面的代碼可以分別獲取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]);
        // 如果傳實例對象,獲取到的還是類對象
        NSLog(@"get class: %p", object_getClass(obj));
        // 通過類名獲取類對象
        NSLog(@"objcClass: %p", objc_getClass(className));
        
        // 元類對象
        // 必需要傳入類對象才能獲取元類對象
        NSLog(@"meta-class: %p", object_getClass([obj class]));
        // 通過類名獲取元類對象
        NSLog(@"objcMetaClass: %p", objc_getMetaClass(className));
        
        // 判斷是否是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> 需要注意的是 object_getClass 方法,當傳入的是實例對象,就會返回類對象,如果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,這樣獲取到的還是類對象

    3> 另外里面還有兩個 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可以了,需要轉換成 C語言的char

1、instance對象

  instance對象就是通過類alloc出來的對象,每次調用alloc都會產生新的instance對象
  
  object1、object2是NSObject的instance對象(實例對象)

  它們是不同的兩個對象,分別占據着兩塊不同的內存

 

  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

2、class對象

 

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

 NSObject類對象只有一個,所有實例對象的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)

    ....

3、meta-class對象

  

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

   每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,它們其實結構都是一樣的,class對象中一樣會包含 類方法,只不過那個類方法是 空的而已。

   同樣,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

上面我們通過源碼可以看到每個對象都有一個 isa 指針,isa指針作用是干嘛的呢?

通過上圖可以看出:

  1> instanceisa指向class
    當調用對象方法時,通過instanceisa找到class,最后找到對象方法的實現進行調用

  2> classisa指向meta-class

    當調用類方法時,通過classisa找到meta-class,最后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,比如子類調用某個方法,如果子類中沒有,就會去父類找,底層就是通過superclass找到父類的,如下圖:

 當Studentinstance對象要調用Person的對象方法時,會先通過isa找到Studentclass,然后通過superclass找到Person的class,最后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對象中的一樣,不過有一點點區別,如圖:

 

  當Student的class要調用Person的類方法時,會先通過isa找到Student的meta-class,然后通過superclass找到Person的meta-class,最后找到類方法的實現進行調用

  有什么區別呢?從這圖可能看不出來,區別就是如果基類meta-class中都找不到類方法,那么它就會去從基類對象里面去找對象方法,OC的底層其實是不區分 對象方法與類方法的。

 

isa、superclass總結 

 

 

這張圖能夠清楚的描述 isa和superclass的作用和關系,下面是備注了一下,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
  • 所有的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,如果沒有父類,superclass指針為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:

  實例對象會先通過isa找到class對象,判斷里面有沒有要調用的方法,如果有就直接調用,沒有就會通過class對象中的superclass找到父類,然后在父類中判斷是否有該方法,如果還沒有就接着往上找。

   class調用類方法的軌跡:

   isa找meta-class,方法不存在,就通過superclass找父類,最后基類mate-class也沒有的話還會去基類對象找,這樣就會導致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指針內存地址是不是就是class對象的內存地址呢?

 如果在以前的32位系統中確實如此,在64位系統中不是的,里面有一個點操作, ISA_MASK

  其中arm64和x86架構的這個 ISA_MASK的偏移地址是不一樣的,如下圖:

 

 

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

  

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本文參考借鑒MJ的教程視頻,非常感謝.


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