『iOS开发』 —— 探究OC对象本质

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#ios #xcode #objective-c

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本文深入探讨Objective-C中对象、类与元类的关系，解析实例对象、类对象及元类对象的内存结构，揭示其内部工作原理，包括isa指针的作用及位运算细节。

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探究OC对象本质

实例对象（Instance）

当我们调用NSObject *obj = [[NSObject alloc] init]生成的obj就是一个实例对象，实例对象在内存中的存储信息主要是一个指向**类对象(Class)**的isa指针和实例对象中所包含的成员变量。

@interface Person : NSObject
{
    int _age;
}
@end

@implementation
@end

对于一个NSObject实例对象，经过编译后转化为了一个名为NSObject_IMPL的结构体

struct NSObject_IMPL {
	Class isa;
};

对于一个继承自NSObject的Person类，经过编译之后，生成了一个名为Person_IMPL的结构体,在这个结构体中有一个NSObject_IMPL的结构体，由此可以看出，子类中包含了父类的所有信息。

struct Person_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
	int _age;
};

类对象（Class）

类对象可以看做是对于实例对象的描述，在它的内存结构中包含了一个指向**元类对象(Meta Class)**的isa指针，一个指向父类的super_class指针，属性信息(name、version、instance_size…)，成员变量信息(objc_ivar_list)，对象方法列表(objc_method_list)，协议信息(objc_protocol_list)等。

每个类在内存中只有一个类对象，类对象可以通过Class objcClass = [NSObject class]获取，或者通过object_getClass(instance)获取，需要注意的是这里的instance必须是一个实例对象

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

元类对象(Meta Class)

元类对象可以看作是对类对象的描述，它的内存结构与类对象的内存结构完全一致，它在内存中的结构包括一个指向基类类对象(通常是NSObject)的isa指针，一个指向父类的super_class指针，类方法列表，以及其他信息。

下面这张图清晰地阐述了实例对象、类对象、元类对象三者之间的关系

对于一个实例对象，它的`isa`指针指向的是类对象，而类对象的`isa`指针指向的是元类对象，元类对象的`isa`指针指向的是基类元类对象，基类元类对象的`isa`指针指向的是自己。对于一个类对象，它的`super_class`指针指向的是父类对象，基类对象的`super_class`指针指向的是`nil`。对于一个元类对象，它的`super_class`指向的是父类的元类对象，而对于基类的元类对象来说，它的`super_class`指针指向的是基类的类对象(这一点很奇怪，如此说来，如果一个类只声明了一个类方法，没有实现，但实现了一个同名的对象方法，当这个类去调用类方法的时候，最终调用的是这个类的基类的对象方法) 下面来看一个例子：

@interface NSObject (HCTest)

- (void)test;

+ (void)test;

@end

@implementation NSObject (HCTest)

- (void)test
{
    NSLog(@"test");
}
@end

在这里声明了一个NSObject的分类test，在test中声明并实现了对象方法，只声明了同名的类方法，但是未实现对应的类方法。
这个时候我们调用一下NSObject的类方法test

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        [NSObject test];
    }
    return 0;
}

发现最后的打印结果是

2020-08-03 23:03:23.921946+0800 test[1139:149862] test
Program ended with exit code: 0

说明在调用NSObject的类方法+ (void)test的时候最后确实是调用的- (void)test，很好地说明了元类之间的继承关系;

在arm64架构和X86架构中，实例对象的isa指针并不直接指向类对象的内存地址，而是对isa指针进行了位运算，同样类对象的isa指针也不是直接就指向元类对象的内存地址，也是进行了位运算之后才是真正的元类对象的内存地址