Object-C底层原理总结

一.对象的本质

1. OC的类主要C\C++的 结构体 来实现的
2. 一个NSObject对象占用多少内存？

• 系统分配给NSObject对象占用16个字节(通过malloc_size函数获取)；
• 但NSObject对象只使用了8个字节(通过class_getInstanceSize函数获取)，用来放isa指针，剩下8个字节空着；（64bit环境下）
• OC中CoreFoundation框架规定对象至少16个字节。
• iOS内存对齐分配的内存数为16个字节的倍数。

3. class_getInstanceSize函数对象实际占用的内存，malloc_size函数获取系统为对象分配的内存

二.对象的分类

• 对象分为：
  实例对象，
  类对象(object_getClass(对象))，
  元类对象(object_getClass(class对象))
• 对象里存储的是什么信息？
  isa指针、自己的成员变量
• 类对象class里存储的是什么信息？
  isa指针、superclass指针、
  类的属性信息（@property）、类的对象方法、
  类的协议信息（protocol）、类的成员变量信息（ivar）
• 元类对象meta-class里存储的是什么信息？
  isa指针、superclass指针、类的类方法信息(class method)

HHPerson *person = [[HHPerson alloc]init];//对象 包含:isa指针，对象成员变量的值
Class personClass = object_getClass(person);//类对象 (class返回的始终都是类对象) 包含:isa指针，superClass指针,类的属性信息(@property)，成员变量信息(结构体ivar)，类的对象方法，协议信息 （为什么存在类中：这些信息存一份就够了）
Class personMetalClass = object_getClass(personClass);//元类对象  包含:isa指针，superClass指针，类方法信息
        
NSLog(@"%@,%@",personClass,personMetalClass);//HHPerson,HHPerson
NSLog(@"%p,%p",personClass,personMetalClass);//0x100008210,0x1000081e8
NSLog(@"%d,%d",class_isMetaClass(personClass),class_isMetaClass(personMetalClass));//0,1

三.isa superclass 指针

isa指针 、superclass指针

四.KVO分析

1.kvo代码基础写法 代码片.

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    
    self.person = [Preson new];
    self.person.age = 10;
    
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionOld|NSKeyValueObservingOptionNew;
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil]; 
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.person.age = 20;
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context
{
    NSLog(@"%@,-%@,-%@",keyPath,object,change);
}
- (void)dealloc{
    [self.person removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
//打印
age,-<Preson: 0x2804744e0>,-{
    kind = 1;
    new = 20;
    old = 10;
}

2.使用了kvo监听的对象

• 对象的isa指针指向 -> NSKVONotifying_NSPreson(iOS动态创建的Preson的子类)
• 调用子类NSKVONotifying_NSPreson set方法

//先调用子类的setter方法
-(void)setAge:(int)age
{
    //foundation c语言函数
    _NSSetIntValueAndNotify();
}
//相当于以下代码
-(void)setAge:(int)age
{
    [persion willChangeValueForKey:@"age"];//通知监听器
    [super setAge:age];
    [persion didChangeValueForKey:@"age"];//通知监听器
}
//手动监听属性变化
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self.person willChangeValueForKey:@"age"];//通知监听器
    self.person -> _age = 20;
    [self.person didChangeValueForKey:@"age"];//通知监听器
}
//打印
age,-<Preson: 0x283bbc4d0>,-{
    kind = 1;
    new = 20;
    old = 0;
}
//调试lldb：p (IMP) 0x方法内存地址  -> 调用的方法信息

五.KVC分析

1.Key-Value Coding，“键值编码”
添加kvo监听，通过kvc修改属性的值，是可以触发kvo，没有set方法也是可以触发，kvc内部调用willChangeValueForKey：及didChangeValueForKey：方法进行触发。

2.setValue: forKey:原理

3.ValueForKey:原理

六.Category分类

结论：

• 内存中所有对象方法最终都会放在类中，所有类方法都会放在元类中。
• 通过runtime动态将分类的方法合并到类对象，元类对象中
  
  将oc文件转为c++文件：
  xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc 文件名.m

1.每个分类编译完会生成c++ struct结构体_category_t

//比如Person有分类Eat
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_Person_$_Eat = {
	"Person",
	cls,
	对象方法列表，
	类方法列表，
	协议列表，
	属性列表
}

2.运行时，通过Runtime加载某个类的所有Category数据，把所有Category的方法、属性、协议数据，合并到类信息中（类对象、元类对象中）合并到一个大数组中后面参与编译的Category数据，会放在数组的前面，会被优先调用。

七.load、initialize

load方法

• load方法会在Runtime加载类、分类时调用，通过函数指针调用

• 每个类、分类的+load，在程序运行过程中只调用一次

• 调用顺序

  • 1.先调用类的+load方法
    按照编译顺序调用（先编译，先调用）
    调用子类的+load方法之前会先调用父类的+load方法
  • 2.再调用分类的+load方法
    按照编译先后顺序调用（先编译，先调用）

initialize方法

• +initialize方法会在类第一次接收到消息时调用(alloc)，通过消息机制调用

• 调用顺序

  • 先调用父类的+initialize(父类调用过不会再调用)，再调用子类的+initialize；
  • 先初始化父类，再初始化子类，每个类只会初始化1次；但是如果子类没有实现+initialize，会调用父类的+initialize

• +initialize和+load的区别是，+initialize是通过obj_msgSend进行调用，+load是通过函数进行调用

  • 如果子类没有书实现+initialize，会调用父类的+initialize(所以父类的+initialize可以调用多次)
  • 如果分类实现了+initialize，就覆盖类本身的+initialize调用

八.关联对象

如何为分类添加成员变量

• 首先不能直接为分类添加成员变量，只能添加属性及set,get方法申明，并没有生成成员变量及set,get方法的实现
• 使用runtime关联对象

//添加关联对象
objc_setAssociatedObject(<#id  _Nonnull object#>, <#const void * _Nonnull key#>, <#id  _Nullable value#>, <#objc_AssociationPolicy policy#>)
//获取关联对象
objc_getAssociatedObject(<#id  _Nonnull object#>, <#const void * _Nonnull key#>)
//移除所有关联对象
objc_removeAssociatedObjects(<#id  _Nonnull object#>)

//方案一：void *
#import <objc/runtime.h>

@interface Person (Test1)
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@end

@implementation Person (Test1)

static const void * NameKey = &NameKey;

- (void)setName:(NSString *)name
{
    objc_setAssociatedObject(self, NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
-(NSString *)name
{
    return objc_getAssociatedObject(self, NameKey);
}
@end

//方案二：char
@interface Person (Test1)
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@end

@implementation Person (Test1)

static const char *NameKey;

- (void)setName:(NSString *)name
{
    objc_setAssociatedObject(self, &NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
-(NSString *)name
{
    return objc_getAssociatedObject(self, &NameKey);
}
@end

//方案三：属性名作为key
@interface Person (Test1)
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@end

@implementation Person (Test1)

#define NameKey @"name"

- (void)setName:(NSString *)name
{
    objc_setAssociatedObject(self, NameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
-(NSString *)name
{
    return objc_getAssociatedObject(self, NameKey);
}
@end

//方案四：get方法@selector作为key
@interface Person (Test1)
@property (nonatomic,copy)NSString *name;
@end

@implementation Person (Test1)

- (void)setName:(NSString *)name
{
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(name), name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

-(NSString *)name
{
//    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(name));
//    _cmd = @selector(name)
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
@end

• 底层实现原理
  
  

九.block

十.Runtime

十一.Runloop

十二.多线程

十三.内存管理

十四.性能优化

十五.架构设计

知识点后续有时间继续完善

以上知识点学习参考：MJ小码哥李明杰，如有疑问请留言，谢谢