Objective-c对象&类&元类&内存对齐等的知识点

一、概览

1.1 类的本质

是结构体。

objc2.0源码之前，使用的是objc_class结构体：

objc2.0源码新使用的objc_class结构体:

• clang
  将代码编译成c++的代码使用clang：

clang -rewrite-obj main.m -o main.cpp

• xcrun
  使用xcrun指定sdk进行输出c++代码

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc xxx源文件 -o 输出的c++文件名

1.2 获取对象的内存大小

在runtime的<objc/runtime.h>中，定一个了一个class_getInstanceSize的函数，可以获取类的实例的大小：

从图中可以看出，系统给对象分配了16个字节，但是对象只占了8个字节。

• class_getInstanceSize获取的是内存对齐后的成员变量相加后所占用的大小
• malloc_size获取的是系统给对象开辟内存的大小

oc的runtime源码中要求所有的对象开辟空间至少是16字节。

1.3 实例对象探究

结构体的成员在内存中是连续存储的。

如图所示，示例对象中存储了isa指针和成员变量的值。

1.4 内存对齐

oc中规定对象最小开辟空间是16个字节。

即使没有这个约束，那么还有一个内存对齐。

内存对齐：结构体的大小必须是最大成员大小的倍数。

针对stu，其实是这样理解：isa是8个字节，int占4个字节，加起来是12，但是由于内存对齐规则，所以需要是8的倍数，那么接近12的8的倍数，就是16。

iOS系统的要求是，malloc分配出来的内存空间，一定是16（buket size的最大值是256）的倍数。

1.5 对象实例中的存储

实例中存储isa指针和成员变量的值，没有方法。

1.6 sizeof

会在编译器确定传入的值是什么类型，比如，如果是指针类型，直接替换成8，如果是int类型，那么替换成4.

二、示例解读

2.1 如下示例

这个示例中，结构体的class_getInstanceSize大小是24，但是malloc_size是32。

解释：iOS系统的要求是，malloc分配出来的内存空间，一定是16（buket size的最大值是256）的倍数。instanceSize只需要24个字节就可以存储，但是分配内存时又要是16的倍数。

三、类对象

3.1 获取类对象

NSObject *obj = [[NSOject alloc] init];

Class objCls = [obj class];

Class objCls1 = [NSObject class];

Class objCls2 = object_getClass(obj);

每个类在内存中有且只有一个class对象。

3.2 类对象中存储的信息

• isa指针
• superclass指针
• 类的属性信息、类的对象方法信息
• 类的协议信息、类的成员变量信息

四、元类对象

4.1 获取元类对象

Class metaCls = object_getClass([NSObject class]);

Class metaCls1 = object_getClass([obj class]);

每个类在内存中有且只有一个meta-class对象。

4.2 元类中存储的数据

• isa指针
• superclass指针
• 类的类方法信息

4.3 判断是否是元类对象

class_isMetaClass([NSObject class]);

4.4 Objective-c中为什么设计元类

主要是为了复用消息机制。参考下面五中的指向图。

五、isa & superclass

实例对象、类对象、元类对象都有isa指针，有一个指向图如下：

isa和superclass的指向都如图所示。

5.1 经典案例

// 新增一个NSObject+Test分类
@interface NSObject (Test)

+ (void)test;

@end

@implementation NSObject (Test)

+ (void)test {
    NSLog(@"NSObject中的+test", self);
}

- (void)test {
    NSLog(@"NSObject中的-test", self);
}

@end


// 一个oc类Person
@interface Person:  NSObject

+ (void)test;

@end

@implementation Person

+ (void)test {
    NSLog(@"Person中的+test", self);
}

@end


// main.m中的main函数
int main(int argc, const char *argv[]) {
    NSLog(@"Person中的类adr: %p", [Person class]);
    NSLog(@"NSObject中的类adr: %p", [NSObject class]);
    
    [Person test];
    [NSObject test];
}

• 第一种情况：NSObject分类Test中声明了类方法test以及实现，Person类也声明和实现了类方法。

会各自调用自己的类方法，打印各自类方法中的NSLog；

打印的self，也是各自的类对象地址。各自的self都是各自类对象地址。

• 第二种情况：NSObject分类Test中声明了类方法test以及实现，Person类只声明，但不实现类方法。

NSObject分类会调用自己的类方法，打印自几类方法中的NSLog；

Person调用NSObject中的类方法test。

输出的self也是各自的类对象地址。

• 第三种情况：NSObject分类Test中声明了类方法+test，但只实现实例方法-test，Person类只声明+test，但不实现类方法。

输出的self也是各自的类对象地址。因为调用+test方法的接收者都是各自的类对象。

NSObject分类和Person都会调用分类的实例方法。

因为当NSObject元类中没有类+test方法时，会从superclass找到父类NSObject，父类NSObject中有方法名test【是不会辨别类方法和实例方法的，只关注方法名】，所以尽管main函数中是调用了类方法，但是最终会走到NSObject的相同方法名的实例方法中去。

5.2 示例[self class]和[super class]

@interface Person: NSObject
@end

@implementation Person

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        NSLog(@"self class: %@；super class: %@", [self class], [super class])
    }
    return self;
}

@end

以上代码均打印Person对象地址。

解释：
[self class]，对象的class，直接就是对象的isa指向，所以是Person类。

[super class]，表示从当前类的父类进行查找方法，所以以上代码需要从Person的父类NSObject中去找，NSObject实现了class方法，那么读取方法接收者的isa指针，这里的方法接收者还是self，所以self的isa指针指向的还是Person类。

使用clang将oc转为c++：
（下面这张图是偷懒从网上找的）

按照苹果的文档，super是一个指向objc_super结构体的指针。

[super class]的消息接收者即receiver是self。所以当最后找isa指针时，还是找的self的isa指向的类Person。

5.3 isa & isa_mask才能是类的地址值

isa是一个共同体，如下：

示例（控制台中通过lldb调试，验证class的isa是需要&isa_mask的值，就是元类的地址）：

上图中，因为objc2.0，将isa设置为private，所以在oc中使用lldb调试时，使用personClass->isa是拿不到isa的，所以上图中的mj_objc_class这个结构体模拟的就是objc2.0中object_class这个结构体，目的是为了给oc暴露isa这个指针来查看isa指向的地址值

superclass没有使用mask，所以是直接指向的父类的地址。

六、objc_class的探索

新的objc源码中是使用了objc_class，继承自objc_object【c++语法】。

6.1 objc_class的数据结构

6.2 小结

七、分类

7.1 分类的方法和类方法

• 分类的方法是和主类的方法是存在一起的，都在元类的method_list_t
• 分类的方法不会覆盖主类的方法
• 分类如果有和类同名的方法，分类的方法排在主类的前面
• 分类的加载在主类之后
  如果要确保只使用主类中的方法：
  

文章太长，其他部分下篇再附上。