探寻OC对象的本质

路过看风景
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OC对象主要可以分为三种  
instance对象（实例对象）、class对象（类对象）、meta-class对象（元类对象）


1. instance对象（实例对象）

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 
// 这种方式没有指定架构例如arm64架构 其中cpp代表（c plus plus）生成 main.cpp

NSObjcet实际上是只有一个名为isa的指针的结构体，因此占用一个指针变量所占用的内存空间大小，如果64bit占用8个字节，如果32bit占用4个字节。

instance对象在内存中的存储信息有 isa指针 和 其他成员变量具体值 

2. class对象（类对象）

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

Class objClass1 = [obj class];             //类对象1
Class objClass2 = [NSObject class]; //类对象2
Class objClass3 = objc_getClass(obj); //类对象3

三个都是NSObjet的class类对象，它们是同一个对象，每个类在内存中有且只有1个class类对象


class对象在内存中存储的信息主要包括

  1. isa指针
  2. superclass指针
  3. 类的属性信息（@property），
    类的成员变量信息（ivar）//这里是指类型和名称，成员变量的值存储在实例变量里
  4. 类的对象方法信息（instance method），类的协议信息（protocol）




3. meta-class对象（元类对象）

Class objMetaClass = object_getClass([NSObject class])
objMetaClass是NSObject的metaClass元类对象

每一个类在内存有且只有一个meta class对象
Class objMetaClass2 =  object_getClass( objc_getClass(obj) )
Class objMetaClass3 = object_getClass( objc_getClass( [obj class] ) )

objMetaClass2/3 也都是metaClass元类对象

另外：Class objClass  = [[NSObject class] class];
class不管调用多少次 返回的都是类对象

查看Class是否是meta_class
BOOL isMtC =  class_isMetaClass( [NSObject class] );//NO
BOOL isMtC = class_isMetaClass( objc_getClass([NSObject class] ));//YES

1. Class objc_getClass(const char *aClassName) 传入一个字符串类名,返回对应的类对象

2. Class object_getClass(id obj) 传入的obj可能是instance对象也可能是meta-class对象.
// 如果传入的是instance对象,就返回class对象,
//如果传入的是class对象,就返回meta-class对象,
//如果传入的是meta-class对象,返回NSObject(基类)的meta-class对象 

3. -(Class)class,  +(Class)class 返回的就是类对象 


meta-class元类对象 和 class类对象 的内存结构是一样的，但是用途不同。

meta-class元类对象 ： 
                                   isa指针
                                superclass指针
                                 类的类方法

//runtime中传入类对象此时得到的就是元类对象
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);

// 而调用类对象的class方法时得到还是类对象，无论调用多少次都是类对象
Class cls = [[NSObject class] class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
// 后面两个地址相同，说明多次调用class得到的还是类对象
NSLog(@"%p %p %p", objectMetaClass, objectClass3, cls); 

// 判断该对象是否为元类对象 class_isMetaClass(objectMetaClass)

每个类在内存中有且只有一个meta-class对象。
meta-class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

  1. isa指针
  2. superclass指针
  3. 类的类方法的信息（class method）

    所以meta-class中也有类的属性信息，类的对象方法信息等成员变量，但是其中的值可能是空的。





总结：

例：对象的isa指针指向哪里、方法查找路径

  1. 当 实例对象 调用 实例方法 的时候，实例方法信息是存储在class类对象中的，那么要想找到实例方法，就必须找到class类对象，那么此时isa的作用就来了。instance的isa指向class类对象，当调用对象方法时，通过instance的isa找到class类对象，最后找到对象方法的实现进行调用。

  2. 当class类对象调用类方法的时候，同上，类方法是存储在meta-class元类对象中的。那么要找到类方法，就需要找到meta-class元类对象，而class类对象的isa指针就指向元类对象。class的isa指向meta-class当调用类方法时，通过class的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。

  3. 当对象调用其父类对象方法的时候，又是怎么找到父类对象方法的呢？，此时就需要使用到class类对象superclass指针。
    当Student的instance对象要调用Person的对象方法时，会先通过isa找到Student的class，然后通过superclass找到Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用，同样如果Person发现自己没有响应的对象方法，又会通过Person的superclass指针找到NSObject的class对象，去寻找响应的方法

  4. 当类对象调用父类的类方法时，就需要先通过isa指针找到meta-class，然后通过superclass去寻找响应的方法

    5. 当Student的class要调用Person的类方法时，会先通过isa找到Student的meta-class，然后通过superclass找到Person的meta-class，最后找到类方法的实现进行调用

    最后又是这张isa指向图，经过上面的分析我们在来看这张图，就显得清晰明了很多。



instance的      isa指向    class
class的            isa指向    meta-class
meta-class的  isa指向    基类的meta-class，
基类的              isa指向    基类自己

class的                      superclass指向         父类的class，如果没有父类，superclass指针为nil
meta-class的            superclass指向         父类的meta-class，
基类的meta-class的  superclass指向       基类的class

1. instance调用对象方法的轨迹，isa找到class，方法不存在，就通过superclass找父类

2. class调用类方法的轨迹，isa找meta-class，方法不存在，就通过superclass找父类


例：面试经常问到的

  1. 一个NSObject对象占用多少内存？

    答：一个指针变量所占用的大小（64bit占8个字节，32bit占4个字节）

  2. 对象的isa指针指向哪里？

    答：instance对象的isa指针指向class对象，
    class对象的isa指针指向meta-class对象，
    meta-class对象的isa指针指向基类的meta-class对象，
    基类自己的isa指针也指向自己。

  3. OC的类信息存放在哪里？

    答：成员变量的具体值存放在instance对象。
    对象方法，协议，属性，成员变量信息存放在class对象。
    类方法信息存放在meta-class对象。


例：一个NSObject对象占用多少内存？

一个NSObject对象占用多少内存？

思考： 一个OC对象在内存中是如何布局的。

NSObjcet的底层C语言 结构体

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};
我们发现这个结构体只有一个成员，isa指针，而指针在64位架构中占8个字节。也就是说一个NSObjec对象所占用的内存是8个字节。但是
NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
上面objc系统真正分配内存的时候是分配了16字节！
@interface Student : NSObject{
int _age;
int _no;
NSString *name;
}@end

Student *stu = [Student new];

//无成员变量 两个int成员变量 两个int + 1NSString
//8字节 16 字节 24字节
NSLog(@"Student实例大小为：%zd", class_getInstanceSize([stu class]));
//分配16字节 16 字节 32字节
NSLog(@"实际分配的内存空间：%zd", malloc_size((__bridge void *)(stu)));

Student对象首先会分配16个字节，存储3个东西，
isa指针8个字节，4个字节的_no , 4个字节的_age

总结：
class_getInstanceSize()：说白了就是计算结构体所占内存的大小；
malloc_size()：计算对象所开辟的内存空间的大小；
1. 结构体内存对齐，结构体的内存最终大小必须是最大成员大小的倍数。操作系统分配内存对齐的概念(Bucket Size).
在iOS堆空间中分配内存的话都是 16 的倍数。最好用对操作系统访问CPU是最优最快。

（如果结构体成员变量只需要 24 个字节，而iOS中分配堆内存，操作系统会分配32个字节的内存 ）

class_getInstanceSize() //返回某个类对象至少需要多少空间
malloc_size() // 返回的是实际分配的内存空间
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