iOS Object-C中类对象的本质

该内容仅供自己学习记录，前前后后也积累了好多有关Objective-C的东西，今天偶然看到一个有关MJ的视频，特此记录一下

一个NSObject对象占用多少内存字节

• 首先回答这个问题，要分为两部分
  因为对象本质是个结构体，里面有isa指针指向自己所属的类(类的isa指针指向元类，元类的isa指针指向基类的meta-class对象)，总归是个指针，那么，它占用的自己数是8(64bit位环境下)个字节没错了，所以通过class_getInstanceSize这个函数打印出来的是8个字节
• 但是系统会对一个NSObject对象分配16个字节，通过malloc_size函数就可以打印出来

解析：
那我们接下来就看看这两个函数内部都是怎么调用的
首先我们来看 class_getInstanceSize这个函数的源码，源码在这里下载

size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
    if (!cls) return 0;
    return cls->alignedInstanceSize();
}
.....
// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
uint32_t alignedInstanceSize() {
    return word_align(unalignedInstanceSize());
}

从这里我们就可以看出，本质上是调用alignedInstanceSize()，该函数描述为返回Class的ivar的大小，因为一个Class只有一个isa指针，故返回8

然后我们来看malloc_size，首先，该函数是什么时候调用的呢？当我们初始化一个实例对象的时候，例如NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];其实本质上并不是调用的alloc（）方法，本质上是调用的allocWithZone,对allocWithZone方法进行跟踪后发现

id objc_alloc(Class cls) 
{
    return callAlloc(cls,true/*checkNil*/,ture/*allocwithZone*/)
}
id objc_allocWithZone(Class cls) 
{
    return callAlloc(cls,true/*checkNil*/,ture/*allocwithZone*/)
}

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
     .....
     id obj = class_createInstance(cls,0);
}

id class_createInstance(Class cls, size_t extraBytes)
{
    return _class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes,nil)

}
....
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone, bool cxxConstruct = true, size_t *outAllocatedSize = nil) 
{
     ....
     size_t size = cls->instanceSize(extraBytes)//分配的大小
}

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;
}

上述代码省略了非关注的问题，并且调整了顺序，当然，这些代码在源码以及编译成c/c++文件后都可以找到从,这里我们就能找到真正的原因，CoreFoundation要求所有的objects最少为16bit

对象的本质

接下来我们就要进入对OC中对象的研究，首先我们得搞清楚对象的分类

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

为了方便理解，我们举个例子

有Studen 学生类,Person人类，NSObject猿人类，首先我们将问题具象化，学生当然属于人类，人类有属于猿人类，继承关系我这里不上代码，比较懒，Student -> Person -> NSObject
简单粗暴的上结构图，首先我说明这些图是来自小马哥教育课件里的，我觉得小马哥做的都清晰明了
现有：Student *xiaoming = [[Student alloc] init];
那么xiaoming是Student创建的一个实例对象，xiaoming的内部结构为

假设我们Student就已经有age这个属性了，上图就是xiaoming这个类里面存放的东西
那么Student里面又有什么呢？

元类对象里面放的什么信息呢

稍微解释下：
instance图里是xiaoming实例类的信息，以及存储的Student属性的值
class图是Student类信息的图，里面存放isa指针,superclass指针，属性信息、实例方法、协议信息，成员变量信息…
meta-class图是Student类的元类对象，存放isa指针，superclass指针，类方法信息…，下面要上一张重要的图，解释下isa,superClass这两个比较抽象的东西

这张图总结的比较好：
首先我们分析isa指针的指向(以Student为例，同理可分析Person,NSObject)

• instance of Subclass其实就是指上面举的例子xiaoming，它的isa指向class，也就是上面举得例子Student
• class的isa指向meta-class 也就是Student的isa是指向Student的元类的
• meta-class的isa指向基类的meta-class，也就是说，Student的元类的isa是指向NSObject的元类的

接下来分析superclass指针的指向

• class的superclass指向父类的class在这里就是Student的superclass指向的是Person类
• meta-class的superclass指向父类的meta-class
• 基类的meta-class的superclass指向基类的class

然后我们分析下当xiaoming要调用自己的实例方法时的轨迹

• 先通过xiaoming的类的isa指针找到Student，然后在Student实例方法列表中寻找实例方法，找到的话就调用，找不到的话，通过superclass在父类Person中去查找，找不到的话，在通过Person中的superclass在Person的父类中查找

最后我们分析下Student如何要调用类方法的轨迹

• 先通过Student类中的isa指正找到Student的meta-class,从meta-class中查找类方法，找不到的话，就通过superclass在元类的父类里面去找(按照上图已经找到NSObject的meta-class)，找不到的话，就返回到NSObject类中去查找方法（就是上图中Root class (meta) 又有箭头指向 Root class (class))

objc_class内部结构

struct objc_class {
    Class isa;
    Class superclass;
    cache_t cache;//方法缓存
    class_data_bits_t bits; //用于缓存具体类信息
};

bits里的内容如下

struct class_rw_t {
    uint32_5 flags;
    uint32_t version;
    const class_ro_t *ro;
    method_list_t *methods;//方法列表
    property_list_t *properties;//属性列表
    const protocol_list_t * protocols;//协议列表
    Class fistSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
}

const class_ro_t *ro;ro中具体的结构

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    unit32_t instanceSize;//instance对象占用的内存空间
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
    const uint8_t * ivarLayout
    const char *name; //类名
    method_list_t *baseMethodList;
    protocol_list_t *baseProtocols;
    const ivar_list_t *ivars； //成员变量列表
    const uint8_t weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
};

上述结构为最新的objc源码中的结构，xcode里面的太旧了，早已经废弃

objc_class内部结构

问题：isa指针的地址 ？= ？元类对象的地址吗？
答案是否定的
正确答案： isa & ISA_MASK = 元类对象的地址