【OC底层】OC对象本质,如 isa, super-class

Objective-C的本质

1、我们编写的Objective-C，底层现实都是C/C++，代码生成步骤如下：

2、在OC中的所有面向对象的实现，都是基于C/C++的数据结构实现的

3、将Objective-C代码转换为C\C++代码

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

　注:如果需要链接其他框架,使用-framework参数。比如-framework UIKit

一个OC对象在内存中是如何布局的?

NSObject基类的实现：

子类的实现：

子类的拆解：

1、在OC中的对象，就是 C++中的 struct来实现的

2、每个OC对象中都会有一个 isa 的指针，isa指向的是 objc_class 结构体，如下（旧版OC原码）：

通过代码可以看得出在OC2 中已经不能通过 objc_method_list 之类的方式获取方法名、实例、协议之类的了，需要使用新的方法获取

思路：自定义一个和oc源码中 objc_class 结构一样的结构体，然后将对象的isa 强转成我们自定义的那个，再去调用

如下是OC中objc_class的源码（新版OC原码）：

新的OC版本中方法、属性、协议相关数据都存在了 bits

通过 bits.data() 返回 class_rw_t 结构，如下：

bits.data() 的实现：

其中需要通过 & FAST_DATA_MASK 才能获取到真实的地址

整体数据结构图：

OC对象的分类

Objective-C对象主要分为以下3类：

　　1> instance对象（实例对象）

　　2> class对象（类对象）存储实例方法列表等信息

　　3> meta-class对象（元类对象）存储类方法列表等信息

　　注：一个类只会有一个类对象，一个元类对象，可以有多个实例对象

通过下面的代码可以分别获取3种对象：

        NSObject* obj = [[NSObject alloc]init];
        const char* className = [@"NSObject" cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
 
        // 实例对象
        NSLog(@"instance: %p",obj);
 
        // 类对象
        NSLog(@"NSObject class: %p", [NSObject class]);
        // 同上
        NSLog(@"obj class: %p", [obj class]);
        // 如果传实例对象，获取到的还是类对象
        NSLog(@"get class: %p", object_getClass(obj));
        // 通过类名获取类对象
        NSLog(@"objcClass: %p", objc_getClass(className));
 
        // 元类对象
        // 必需要传入类对象才能获取元类对象
        NSLog(@"meta-class: %p", object_getClass([obj class]));
        // 通过类名获取元类对象
        NSLog(@"objcMetaClass: %p", objc_getMetaClass(className));
 
        // 判断是否是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

输出：

-- ::37.363 OC_isa_supclass[:] instance: 0x100202b50
-- ::37.364 OC_isa_supclass[:] NSObject class: 0x7fff760140f0
-- ::37.364 OC_isa_supclass[:] obj class: 0x7fff760140f0
-- ::37.364 OC_isa_supclass[:] get class: 0x7fff760140f0
-- ::37.365 OC_isa_supclass[:] objcClass: 0x7fff760140f0
-- ::37.365 OC_isa_supclass[:] meta-class: 0x7fff76014118
-- ::37.365 OC_isa_supclass[:] 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，当传入的是实例对象，就会返回类对象，如果传入的是类对象就会返回元类对象

　　2> 还有一点就是 [[NSObject class] class] 这样是获取不到元类对象的，这样获取到的还是类对象

　 3> 另外里面还有两个 objc_ 开头的方法，分别是获取类对象和元类对象，但它是传入类名字符串就可以了，需要转换成 C语言的char

1、instance对象

　　instance对象就是通过类alloc出来的对象,每次调用alloc都会产生新的instance对象

　　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对象在内存中保存的信息包括：

　　1> isa指针

　　2> 其它成员变量

2、class对象

　objectClass1 ~ objectClass5都是NSObject的class对象(类对象)

　NSObject类对象只有一个，所有实例对象的class属性获取到的都是同一个类对象

class对象在内存中存储的信息主要包括：

　　1> isa指针

　　2> superclass指针

　　3> 类的属性信息（@property）、类的对象方法信息（instance method）

　　4> 类的协议信息（protocol）、类的成员变量信息（ivar）

　　　　....

3、meta-class对象

　　 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对象在内存中存储的信息主要包括：

　　1> isa指针

　　 2> superclass指针

　　 3> 类的类方法信息（class method）

　　　　...

注：class 对象和 meta-class 对象都是 Class 类型的，它们其实结构都是一样的，class对象中一样会包含类方法，只不过那个类方法是空的而已。

　　同样，meta-class对象中也有类的属性、对象方法、协议、成员变量，不过那些对应的值也都是空

isa指针

上面我们通过源码可以看到每个对象都有一个 isa 指针，isa指针作用是干嘛的呢？

通过上图可以看出：

　　1> 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

　　2> class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

class对象的superclass指针

superclass是用于找父类的，比如子类调用某个方法，如果子类中没有，就会去父类找，底层就是通过superclass找到父类的，如下图：

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

meta-class对象的superclass指针

meta-class中的superclass基本和 class对象中的一样，不过有一点点区别，如图：

　　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

　　有什么区别呢？从这图可能看不出来，区别就是如果基类的meta-class中都找不到类方法，那么它就会去从基类对象里面去找对象方法，OC的底层其实是不区分对象方法与类方法的。

isa、superclass总结

这张图能够清楚的描述 isa和superclass的作用和关系,下面是备注了一下，看得更加懂点。

instance的isa指向的是class对象
class的isa指向的是meta-class对象
所有的meta-class的isa指向的都是基类的meta-class对象（重点）
class的superclass指向的是父类的class对象，如果没有父类，superclass指针为nil
meta-class的superclass指向的是父类的meta-class对象
基类的meta-class的superclass指向的是基类的class对象（重点）

　　instance调用对象方法的轨迹：

　　实例对象会先通过isa找到class对象，判断里面有没有要调用的方法，如果有就直接调用，没有就会通过class对象中的superclass找到父类，然后在父类中判断是否有该方法，如果还没有就接着往上找。

　　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，最后基类mate-class也没有的话还会去基类对象找，这样就会导致调用类方法可能会去调用实例对象的方法

isa指针的一些问题

上面已经说到了instance对象的isa指针指向的是class对象，那就是说instance对象的isa指针内存地址是不是就是class对象的内存地址呢？

如果在以前的32位系统中确实如此，在64位系统中不是的，里面有一个点操作， ISA_MASK

其中arm64和x86架构的这个 ISA_MASK的偏移地址是不一样的，如下图：

class、meta-class对象的本质结构都是struct objc_class，如下图：

-----------------------------

本文参考借鉴MJ的教程视频，非常感谢.