在探索OC對象的本質(zhì)之前，我們要明白Objective-C的代碼，底層的實現(xiàn)都是C/C++代碼。

OC代碼轉(zhuǎn)化過程.png

而OC中的對象、類則是基于C/C++的結(jié)構(gòu)體來實現(xiàn)的。

我們可以通過將創(chuàng)建好的OC文件，轉(zhuǎn)化成C++文件來看一下OC對象的底層結(jié)構(gòu)。

OC代碼轉(zhuǎn)換成C++

通過命令行將OC的main.m文件轉(zhuǎn)換成C++，生成 main.cpp。

   clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 
/***rewrite代表 重寫
   *-o代表 輸出
   *cpp代表 c++(c plus plus)
**/

需要注意這種方式?jīng)]有指定運行平臺和架構(gòu)模式，我們可以通過命令行設(shè)置參數(shù)，來指定運行平臺和架構(gòu)模式

   xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 
/***xcrun代表 xcode
   * iphoneos代表 運行在iPhone上
   *-arch代表 架構(gòu)模式，arm64參數(shù)代表64位的架構(gòu)模式
**/

生成的main-arm64.cpp 文件就是main.m轉(zhuǎn)換c++后的文件，直接拖拽到工程中，就可以查看底層實現(xiàn)了。我們在main-arm64.cpp 文件中搜索NSObjcet，可以找到NSObjcet_IMPL（IMPL即 implementation 的縮寫，代表實現(xiàn)）。

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

可以看到，NObject的底層實現(xiàn)就是一個結(jié)構(gòu)體。我們進一步查看Class

typedef struct objc_class *Class;

我們發(fā)現(xiàn)Class其實就是一個指針，指向了objc_class類型的結(jié)構(gòu)體。

OC對象內(nèi)存空間

通過以上探索我們可以得出總結(jié)，OC中對象的底層實現(xiàn)都是通過C\C++的結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)的。那么一個OC對象占據(jù)了多少內(nèi)存空間呢？下面讓我們用代碼實際驗證一下。

NSObject對象占多少內(nèi)存空間.png

NSObject對象占據(jù)內(nèi)存空間示意圖.jpeg

alloc源碼.jpeg

至此我們知道了系統(tǒng)在創(chuàng)建一個對象的時候會為其分配最少16字節(jié)的內(nèi)存空間，其中對象的isa指針占據(jù)8個字節(jié)。我們通過下面一道面試題繼續(xù)深入了解OC對象的底層本質(zhì)。

在64位環(huán)境下，下面的代碼會輸出什么？

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

@implementation Person
@end

/* Student */
@interface Student : Person
{
    int _no;
}
@end

@implementation Student
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        NSLog(@"%zd  %zd",
              class_getInstanceSize([Person class]),
              class_getInstanceSize([Student class])
              );
    }
    return 0;
}

經(jīng)過代碼分析，這道面試題想問的其實就是一個Person對象和一個Student對象分別占據(jù)多少內(nèi)存空間。但是需要注意的是Person對象和Student對象分別有一個實例變量、Student繼承自Person對象。

經(jīng)過綜合上文簡單分析，我們可以簡單畫出Person對象和Student對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖：

Person對象和Student對象內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖.png

Person對象內(nèi)存示意圖.jpeg

那么根據(jù)這個分析邏輯，Student對象占據(jù)的內(nèi)存空間是不是20或者24呢？答案當(dāng)然是不對，雖然Student結(jié)構(gòu)體中有Person類型的指針（16個字節(jié)）和int類型成員變量_no（4個字節(jié)），但是要注意的是上面Person對象占據(jù)的16個字節(jié)是沒有完全占據(jù)完的，還留有4個字節(jié)的空白地址，系統(tǒng)會自動的把int類型成員變量_no放在這4個字節(jié)的空白地址中，所以Student對象也占據(jù)16個字節(jié)的內(nèi)存空間。

Student內(nèi)存示意圖.jpeg

內(nèi)存對齊:

1. 前面的地址必須是后面的地址整數(shù)倍,不是就補齊。
2. 整個結(jié)構(gòu)體的地址必須是最大字節(jié)的整數(shù)倍。

OC對象的分類

OC對象分為三種：
實例對象（instance對象）
類對象（class對象）
元類對象（meta-class對象）

1、實例對象（instance對象）

實例對象（instance對象）就是通過類的alloc出來的對象，每次調(diào)用alloc都會產(chǎn)生新的實例對象。例如：

NSObjcet *obj1 = [[NSObjcet alloc] init];
NSObjcet *obj2 = [[NSObjcet alloc] init];

obj1和obj2都是NSObject的實例對象，但是它們是不同的兩個實例對象，分別占用兩塊不同的內(nèi)存地址。
實例對象在內(nèi)存中存儲的信息包括：
1、isa指針
2、其他成員變量

實例對象在內(nèi)存中存儲信息示意圖.png

2、類對象（class對象）

類對象（class對象）就是通過class方法或者runtime的object_getClass方法得到的class對象

Class objClass1 = [obj1 class];
Class objClass2 = [obj2 class];
Class objClass3 = [NSObject class];

// runtime方法
Class objClass4 = object_getClass(obj1);
Class objClass5 = object_getClass(obj2);

objClass1-objClass5都是NSObject的類對象（class對象），且它們是同一個對象。

每個類在內(nèi)存中有且只有一個class對象

類對象在內(nèi)存中存儲的信息包括：
1、isa指針
2、superClass指針
3、類的屬性信息（@property），類的成員變量信息（ivar）
4、類的對象方法信息（instance method），類的協(xié)議信息（protocol）

類對象在內(nèi)存中存儲信息示意圖.png

3、元類對象（meta-class對象）

元類對象（meta-class對象）就是通過RunTime的object_getClass方法得到的對象

//通過RunTIme的API獲得元類對象
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);

objectMetaClass就是NSObject的元類對象

每個類在內(nèi)存中有且只有一個元類對象

元類對象和類對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的，但是用途不一樣，元類對象在內(nèi)存中存儲的信息包括：
1、isa指針
2、superClass指針
3、類的類方法信息（class method）

元類對象在內(nèi)存中存儲信息示意圖.png

以上我們了解了實例對象、類對象和元類對象的含義以及包含的內(nèi)容，那么它們當(dāng)中的isa指針和superClass指針分別指向哪里呢?

isa指針的指向

isa指針指向用一張示意圖來簡單概括一下：

isa指針指向示意圖.jpeg

實例對象（instance對象）的isa指針指向class。當(dāng)調(diào)用對象方法時，通過實例對象的isa找到class，最后找到對象方法的實現(xiàn)進行調(diào)用
類對象（class對象）的isa指針指向meta-class。當(dāng)調(diào)用類方法時，通過類對象的isa找到meta-class，最后找到類方法的實現(xiàn)進行調(diào)用。

class的superClass指針的指向

class的superClass指針指向用一張示意圖來簡單概括一下：

superClass指針指向示意圖.jpeg

meta-class對象的superClass指針指向

meat-class的superClass指針指向示意圖.jpeg

同上，當(dāng)Student的class要調(diào)用Person的類方法時，會先通過isa找到Student的meta-class，然后通過superClass找到Person的meta-class，最后找到類方法的實現(xiàn)進行調(diào)用。

這里當(dāng)然要提一下非常經(jīng)典的isa指向圖，做進一步的總結(jié)：

超神圖.jpeg

1、instance的isa指向clas
2、class的isa指向meta-class
3、meta-class的isa指向基類的meta-class，基類的isa指向自己
4、class的superClass指向父類的class，如果沒有父類，則superClass指針為nil
5、meta-class的superClass指向父類的meta-class，基類的meta-class的superClass指向基類的class
6、instance調(diào)用對象方法的軌跡：通過isa找到class，方法不存在，就通過supercla逐層父類里找，有就實現(xiàn)，如果找到基類仍沒有找到，就會拋出unrecognized selector sent to instance異常
7、class調(diào)用類方法的軌跡：通過isa找到meta-class，方法不存在，就通過superClass逐層父類里找。

補充：
相信很多人在查看源碼或者看一些底層博客的時候，經(jīng)常會看到下面一段代碼，來講述class的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

typedef struct objc_class *Class;

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;

這段源碼其實講述的也是class內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含成員變量列表、方法列表、方法緩存以及協(xié)議列表。細心的人可能會發(fā)現(xiàn)，這段代碼里面是有if判斷條件的:

#if !__OBJC2__

判斷條件是非OC2.0版本，也就是說在OC2.0之前的版本中，class底層的結(jié)構(gòu)體中包含上面代碼所講述的，但我們現(xiàn)在所用的最新版肯定是OC2.0版本了，所以這段代碼就不再使用了。

新的class底層的objc_class結(jié)構(gòu)體：

objc_class結(jié)構(gòu)體.jpeg

可以看到結(jié)構(gòu)體中只包含isa、superclass、cache和bits。而bits經(jīng)過& FAST_DATA_MASK之后，會得到struct class_rw_t這樣一個結(jié)構(gòu)體：

class_rw_t.jpeg

rw代表readwrite，可讀可寫
t代表table，列表

struct class_rw_t結(jié)構(gòu)體中就包含了方法列表、屬性列表以及協(xié)議列表，這些都是可讀可寫的。其中還包含一個struct class_ro_t的結(jié)構(gòu)體：

class_ro_t.jpeg

ro代表readonly，只讀

struct class_ro_t的結(jié)構(gòu)體中包含了instance對象占用的內(nèi)存空間、類名以及成員變量列表，當(dāng)然這些都是只讀的。

總結(jié)：

一個NSObject對象占用多少內(nèi)存？
答：系統(tǒng)會為一個NSObject對象分配最少16個字節(jié)的內(nèi)存空間。一個指針變量所占用的大?。?4bit占8個字節(jié)，32bit占4個字節(jié)）
對象的isa指針指向哪里？
答：instance對象的isa指針指向class對象，class對象的isa指針指向meta-class對象，meta-class對象的isa指針指向基類的meta-class對象，基類自己的isa指針指向自己。
OC的類信息存放在哪里？
答：成員變量的具體值存放在實例對象（instance對象）；對象方法，協(xié)議，屬性，成員變量信息存放在類對象（class對象）；類方法信息存放在元類對象（meta-class對象）。

本文如果對你有所幫助，點亮喜歡支持一下
更多底層知識，掃碼關(guān)注公眾號
iOS進階

我的二維碼.jpg