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iOS runtime 源码

对象的本质

  • 一个对象的本质是C语言的结构体，可以通过对 OC 源文件转到 C++ 源码得到
    xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc xxx.m -o xxx.cpp
  • OC 对象，最低占用 16 个字节，如果小于16个字节，则强制分配16个字节的存储空间。而且整个对象的大小必然是16的倍数。内存对其也会对这此有影响。
  • 结构体的最大占用空间，是最大元素的倍数。
sizeof 是在编译的时候，就已经根据类型替换成了对应类型的大小。和 getInstanceSize 不同。

//需要导入 #import <objc/runtime.h>
class_getInstanceSize([XXX class]) 这是获取某个类的大小，但实际上是某个类中所有成员变量的大小之和。也就是这个实例对象至少需要多少。

#import <malloc/malloc.h>
malloc_size((__bridge const void *)xxxx) 这是获取某个实例对象实际分配的内存大小。 malloc 是C语言中分配内存的句式。

至少需要多少，是它本身的内容决定的。但是实际分配大小是操作系统决定的。存在内存对其，所以一般分配的都比需要的大或相等。
  • 其中 ISA 指针占用8个字节，剩下的空间会分配给后来的成员变量。如果是继承，则会继承父类的成员变量，但ISA只有一个指针。

OC对象的分类

主要有3类

instance 对象（实例对象）

  • 通过 alloc 产生的对象，每次调用 alloc 都会产生新的 instance 对象。
  • instance 对象在内存中存储的信息包括：ISA 指针及其他成员变量的具体值。不会有方法。

class 对象 （类对象）

  • 一个类只有一个类对象，所以通过多种方式获取的都是同一个类对象。
  • 类对象在内存中存储的信息包括：ISA指针、superclass指针、类的协议信息（protocol）、类的成员变量（ivar）、类的对象方法等等
  • class 方法返回的一直都是类对象，无论嵌套调用多少次。

meta-class 对象（元类对象）

  • 通过 object_getClass() 获取元类对象。 但是参数必须是类对象。 如果传递的是实例对象，则获取的是类对象。 如果传的是类对象，返回的才是元类对象。
  • 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
  • 元类对象和class对象的内存结构是一样的，但是用途不一样，在内存中存储的信息主要包括：isa指针、superclass指针、类的类方法信息
  • class_isMetaClass(),可以用来判断是否为元类对象

ISA 指针指向哪里？

  • instance 的 isa 指向 class 对象。
  • class 的 isa 指向 meta-class 对象。
  • meta-class 的 isa 指向 基类的 meta-class 。

第二张

  • instance 的 isa 指向 class ，既实例对象的 isa 指针指向类对象。当实例对象，调用对象方法的时候，由于对象方法不在 instance 对象里，所以通过 isa 找到 class ，最后找到对象方法的实现进行调用。
  • class 的 isa 指向 meta-class ，既类对象的 isa 指针指向元类对象。当类对象方法调用类方法的时候，通过 class 的 isa 指针找到元类对象（meta-class），最后找到类方法的实现进行调用。
  • 类对象中有 superClass 指针，这个指向父类对象。 如果一个实例对象调用了父类的对象方法、甚至是元类的对象方法，其实就是实例对象向父类对象发送消息，则就是先通过isa指针找到该实例对象的类方法 class，然后通过类方法的superClass 来一层层找父类对象的对象方法。
  • 元类对象中调用父类甚至是多层父类的类方法的时候，也是通过 isa 先找到当前的元类对象，然后通过 superClass 找到对应父类的类方法进行调用。
  • 实例对象的isa 指向对应类对象，而对应类对象的isa指向元类对象。
  • 类对象的superClass指向它的父类，也是类对象，以此类推，superClass指向的都是类对象。

总结：

  1. instance 的 isa 指向 class ，既实例对象的 isa 指向类对象。
  2. class 的 isa 指向 meta-class，既类对象的 isa 指向元类对象。
  3. meta-class 的 isa 指向基类的 meta-class ，既元类对象的 isa 指向基类（顶层父类）的元类对象。
  4. class 的 superclass 指向父类的 class 。（实例对象没有 superClass 指针）如果没有父类，则superclass指针为nil。
  5. meta-class 的 superclass 指向父类的 meta-class 。基类的元类（meta-class）的superclass 指向基类的 class。
  6. instance 调用对象方法，先通过isa找到对象方法，因为对象方法都存在 class 中。 然后如果 class 中没有，则通过 class 的 superClass 去找，没找到则报错 。
  7. class 调用类方法（既 meta-class 中的存储的），方法不存在的话，就通过 superClass 去找父类中的类方法，如果一直找不到，最终会找该对象的基类的对象方法中找，如果还找不到，就报错。
  8. isa 通过一次 &ISA_MASK 进行一次位运算，才会得到真实的地址值。

OC 的类信息存放在哪里

  • 对象方法、属性、成员变量、协议信息，存放在 class 对象中。
  • 类方法，存放在 meta-class 对象中。
  • 成员变量的具体值，存放在 instance 对象中。

调试相关

  • 在 xcode 打断点的时候，可以通过 Debug -> debug workflow -> view memory 来查看对象的内存地址。
  • LLDB 是 xcode 内建的调试器。
命令 作用 备注
print/p 打印
po 打印对象
memory read 或者直接 x + 内存地址 按照一定格式读取内存地址 如：x/数量、格式、字节数 x/3xw 0x1010001 其中，x是16进制，f是浮点，d是10进制 ；b：byte 1字节，h：half word 2字节；w：word 4字节，g：giant word 8字节
memory write + 内存地址 + 数值 修改某个内存地址对应的数值

面试题

  1. 一个 NSObject 对象一共占用了多少内存空间？

答：
系统会分配16个字节给一个 NSObject 对象，可以通过 malloc_size 函数来获取。 但是 NSObject 对象内部只用了 8 个字节的空间（64位机器的环境下），可以通过 getInstanceSize 函数来获取。

  1. ISA 指针指向哪里？
    答：
    instance 对象的 isa 指针指向对应的类对象。
    类对象 class 的 isa 指针指向对应的元类对象。
    元类对象 meta-class 的 isa 指针指向基类的元类对象。

  2. OC 的类信息存放在哪里？
    答：
    类的成员变量值存放在 instance 实例中。
    类的属性、成员变量、协议、对象方法存在对应的类对象中。
    类的类方法存在在元类对象中。