iOS Object-C中類對象的本質

該內容僅供自己學習記錄，前前後後也積累了好多有關Objective-C的東西，今天偶然看到一個有關MJ的視頻，特此記錄一下

一個NSObject對象佔用多少內存字節

• 首先回答這個問題，要分爲兩部分
  因爲對象本質是個結構體，裏面有isa指針指向自己所屬的類(類的isa指針指向元類，元類的isa指針指向基類的meta-class對象)，總歸是個指針，那麼，它佔用的自己數是8(64bit位環境下)個字節沒錯了，所以通過class_getInstanceSize這個函數打印出來的是8個字節
• 但是系統會對一個NSObject對象分配16個字節，通過malloc_size函數就可以打印出來

解析：
那我們接下來就看看這兩個函數內部都是怎麼調用的
首先我們來看 class_getInstanceSize這個函數的源碼，源碼在這裏下載

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());
}

從這裏我們就可以看出，本質上是調用alignedInstanceSize()，該函數描述爲返回Class的ivar的大小，因爲一個Class只有一個isa指針，故返回8

然後我們來看malloc_size，首先，該函數是什麼時候調用的呢？當我們初始化一個實例對象的時候，例如NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];其實本質上並不是調用的alloc（）方法，本質上是調用的allocWithZone,對allocWithZone方法進行跟蹤後發現

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;
}

上述代碼省略了非關注的問題，並且調整了順序，當然，這些代碼在源碼以及編譯成c/c++文件後都可以找到從,這裏我們就能找到真正的原因，CoreFoundation要求所有的objects最少爲16bit

對象的本質

接下來我們就要進入對OC中對象的研究，首先我們得搞清楚對象的分類

1. 實例對象 instance class
2. 類對象 class
3. 元類對象 meta-class

爲了方便理解，我們舉個例子

有Studen 學生類,Person人類，NSObject猿人類，首先我們將問題具象化，學生當然屬於人類，人類有屬於猿人類，繼承關係我這裏不上代碼，比較懶，Student -> Person -> NSObject
簡單粗暴的上結構圖，首先我說明這些圖是來自小馬哥教育課件裏的，我覺得小馬哥做的都清晰明瞭
現有：Student *xiaoming = [[Student alloc] init];
那麼xiaoming是Student創建的一個實例對象，xiaoming的內部結構爲

假設我們Student就已經有age這個屬性了，上圖就是xiaoming這個類裏面存放的東西
那麼Student裏面又有什麼呢？

元類對象裏面放的什麼信息呢

稍微解釋下：
instance圖裏是xiaoming實例類的信息，以及存儲的Student屬性的值
class圖是Student類信息的圖，裏面存放isa指針,superclass指針，屬性信息、實例方法、協議信息，成員變量信息…
meta-class圖是Student類的元類對象，存放isa指針，superclass指針，類方法信息…，下面要上一張重要的圖，解釋下isa,superClass這兩個比較抽象的東西

這張圖總結的比較好：
首先我們分析isa指針的指向(以Student爲例，同理可分析Person,NSObject)

• instance of Subclass其實就是指上面舉的例子xiaoming，它的isa指向class，也就是上面舉得例子Student
• class的isa指向meta-class 也就是Student的isa是指向Student的元類的
• meta-class的isa指向基類的meta-class，也就是說，Student的元類的isa是指向NSObject的元類的

接下來分析superclass指針的指向

• class的superclass指向父類的class在這裏就是Student的superclass指向的是Person類
• meta-class的superclass指向父類的meta-class
• 基類的meta-class的superclass指向基類的class

然後我們分析下當xiaoming要調用自己的實例方法時的軌跡

• 先通過xiaoming的類的isa指針找到Student，然後在Student實例方法列表中尋找實例方法，找到的話就調用，找不到的話，通過superclass在父類Person中去查找，找不到的話，在通過Person中的superclass在Person的父類中查找

最後我們分析下Student如何要調用類方法的軌跡

• 先通過Student類中的isa指正找到Student的meta-class,從meta-class中查找類方法，找不到的話，就通過superclass在元類的父類裏面去找(按照上圖已經找到NSObject的meta-class)，找不到的話，就返回到NSObject類中去查找方法（就是上圖中Root class (meta) 又有箭頭指向 Root class (class))

objc_class內部結構

struct objc_class {
    Class isa;
    Class superclass;
    cache_t cache;//方法緩存
    class_data_bits_t bits; //用於緩存具體類信息
};

bits裏的內容如下

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;//屬性列表
    const protocol_list_t * protocols;//協議列表
    Class fistSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
}

const class_ro_t *ro;ro中具體的結構

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    unit32_t instanceSize;//instance對象佔用的內存空間
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
    const uint8_t * ivarLayout
    const char *name; //類名
    method_list_t *baseMethodList;
    protocol_list_t *baseProtocols;
    const ivar_list_t *ivars； //成員變量列表
    const uint8_t weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
};

上述結構爲最新的objc源碼中的結構，xcode裏面的太舊了，早已經廢棄

objc_class內部結構

問題：isa指針的地址 ？= ？元類對象的地址嗎？
答案是否定的
正確答案： isa & ISA_MASK = 元類對象的地址