iOS 探究 | 第六篇 Equality（即 ==，isEqual，isEqualToString）详细探究

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探究系列已发布文章列表，有兴趣的同学可以翻阅一下：

第一篇 | iOS 属性 @property 详细探究

第二篇 | iOS 深入理解 Block 使用及原理

第三篇 | iOS 类别 Category 和扩展 Extension 及关联对象详解

第四篇 | iOS 常用锁 NSLock ，@synchronized 等的底层实现详解

第五篇 | iOS 全面理解 Nullability

------- 正文开始 -------

引言

开发过程中，我们经常需要判断一个对象是不是我们需要处理的对象，以及是否满足我们进一步执行程序的条件。这个时候我们就需要通过一些方法进行判断。== 及 isEqual: 及其他相等性（Equality）判断方法应运而生。

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常用介绍

isEqual:，isEqualToString: 及 == 的区别

• ==：

1. 对于基本数据类型，比较的是值；
2. 对于对象类型，判断两个对象的内存地址是否相等，相等则返回 YES，不相等则返回 NO；

• isEqual: NSObject 及其子类中指定 isEqual: 方法来确定两个对象是否相等。在它的基本实现中，相等检查只是简单地判断相等标识，如下：

  - (BOOL)isEqual: (id)other {
      return self == other;
  }
  

  然而，一些 NSObject 的子类重写了 isEqual:，因此它们各自重新定义了相等的标准：

  • 如果一个对象最重要的事情是它的状态，那么它被称为值类型，它的 observable 属性被用来确定是否相等。

  • 如果一个对象最重要的事情是它的标识，那么它被称为引用类型，它的内存地址被用来确定是否相等。

  在 Foundation 框架中，下面这些 NSObject 的子类都有自己的相等性检查实现，只要看看它们的 isEqualToClassName: 方法就知道了。它们在 isEqualToClassName: 中确定是否相等时，相应类型的对象都遵循值语义，当需要对它们的两个实例进行比较时，推荐使用这些高级方法而不是直接使用 isEqual: 进行比较。具体类及方法如下：

  • NSValue -isEqualToValue:
  • NSArray -isEqualToArray:
  • NSAttributedString -isEqualToAttributedString:
  • NSData -isEqualToData:
  • NSDate -isEqualToDate:
  • NSDictionary -isEqualToDictionary:
  • NSHashTable -isEqualToHashTable:
  • NSIndexSet -isEqualToIndexSet:
  • NSNumber -isEqualToNumber:
  • NSOrderedSet -isEqualToOrderedSet:
  • NSSet -isEqualToSet:
  • NSString -isEqualToString:
  • NSTimeZone -isEqualToTimeZone:

  注意： isEqualToClassName: 方法不接受 nil 作为参数，如传 nil 编译器会给出警告，而 isEqual: 接受（如果传入 nil 则返回 NO )。

• isEqualToString: NSString 是一个很特殊的类型，先看下面代码：

NSString *a = @"Hello";
NSString *b = @"Hello";

// YES
if (a == b) {
    NSLog(@"a == b is Yes"); 
}

// YES
if ([a isEqual:b]) {
    NSLog(@"a isEqual b is Yes");
}

// YES
if ([a isEqualToString:b]) {
    NSLog(@"a isEqualToString b is Yes"); 
}

会发现上面的三种判断都是 YES ，为什么 == 判断也是 YES ？

这是因为苹果采用了 字符串驻留（String Interning） 的优化技术。在这种情况下，创建的字符串在内部被视为字符串字面量。运行时不会为这些字符串分配不同的内存空间。

注意： 所有这些针对的都是静态定义的不可变字符串。

另外， Objective-C 选择器的名字也是作为驻留字符串储存在一个共享的字符串池当中。对于通过来回传递消息来操作的语言来说，这是一个重要的优化。能够通过指针是否相等来快速检查字符串，这对运行时性能有很大的影响。

• Hashing

对于面向对象编程来说，对象相等性检查的主要用例，就是确定一个对象是不是一个集合的成员。 为了确保在 NSDictionary 和 NSSet 集合中的检查速度，具有自定义相等实现的子类应该以满足以下条件的方式实现 hash 方法：

1. 对象相等具有交换性：（[a isEqual:b] ⇒ [b isEqual:a]）
2. 如果对象相等，那么它们的哈希值也必须相等：（[a isEqual:b] ⇒ [a hash] == [b hash]）
3. 但是，反过来则不成立：即两个对象可以具有相同的哈希值，但彼此不相等：（[a hash] == [b hash] ¬⇒ [a isEqual:b]）

• Tagged Pointers

Tagged Pointer 功能主要有如下三点：

1. Tagged Pointer 用于存储小对象，例如 NSNumber ，NSString 和 NSDate 等；
2. Tagged Pointer 值不再是地址，而是实际值。因此，它不再是真正的对象，它只是一个伪指针，一个 64 位的二进制。因此，它的内存不存储在堆中，不需要 malloc 和 free ；
3. 内存读取效率提高 3 倍，创建速度提高 106 倍；

OS X 和 iOS 都在 64 位代码中使用 Tagged Pointer 对象。在 32 位代码中没有使用 Tagged Pointer 对象，尽管在原则上这并不是不可能。开源的 objc4-818.2/runtime/objc-internal.h 有详细的定义及介绍:

{
    // 60-bit payloads
    OBJC_TAG_NSAtom            = 0, 
    OBJC_TAG_1                 = 1, 
    OBJC_TAG_NSString          = 2, 
    OBJC_TAG_NSNumber          = 3, 
    OBJC_TAG_NSIndexPath       = 4, 
    OBJC_TAG_NSManagedObjectID = 5, 
    OBJC_TAG_NSDate            = 6,

    // 60-bit reserved
    OBJC_TAG_RESERVED_7        = 7, 

    // 52-bit payloads
    OBJC_TAG_Photos_1          = 8,
    OBJC_TAG_Photos_2          = 9,
    OBJC_TAG_Photos_3          = 10,
    OBJC_TAG_Photos_4          = 11,
    OBJC_TAG_XPC_1             = 12,
    OBJC_TAG_XPC_2             = 13,
    OBJC_TAG_XPC_3             = 14,
    OBJC_TAG_XPC_4             = 15,
    OBJC_TAG_NSColor           = 16,
    OBJC_TAG_UIColor           = 17,
    OBJC_TAG_CGColor           = 18,
    OBJC_TAG_NSIndexSet        = 19,
    OBJC_TAG_NSMethodSignature = 20,
    OBJC_TAG_UTTypeRecord      = 21,

    // When using the split tagged pointer representation
    // (OBJC_SPLIT_TAGGED_POINTERS), this is the first tag where
    // the tag and payload are unobfuscated. All tags from here to
    // OBJC_TAG_Last52BitPayload are unobfuscated. The shared cache
    // builder is able to construct these as long as the low bit is
    // not set (i.e. even-numbered tags).
    OBJC_TAG_FirstUnobfuscatedSplitTag = 136, // 128 + 8, first ext tag with high bit set

    OBJC_TAG_Constant_CFString = 136,

    OBJC_TAG_First60BitPayload = 0, 
    OBJC_TAG_Last60BitPayload  = 6, 
    OBJC_TAG_First52BitPayload = 8, 
    OBJC_TAG_Last52BitPayload  = 263,

    OBJC_TAG_RESERVED_264      = 264
}

本质上来说 Tagged Pointer 就是 Tag + Data 组合的一个内存占用 8 个字节 64 位的伪指针：

• Tag 为特殊标记，用于区分是否是 Tagged Pointer 指针以及区分 NSNumber、NSDate、NSString 等对象类型；
• Data 为对象对应存储的值。

在运行效率上，很多涉及 Tagged Pointer 类型相关功能，苹果都有针对性的进行了优化，因此执行起来效率特别高，具体可在源码中搜索 isTaggedPointer 进一步查看。

另外，在源码 objc-runtime-new.mm 中有一段注释对 Tagged pointer objects 进行了解释，具体如下：

/***********************************************************************
* Tagged pointer objects.
*
* Tagged pointer objects store the class and the object value in the 
* object pointer; the "pointer" does not actually point to anything.
* 
* Tagged pointer objects currently use this representation:
* (LSB)
*  1 bit   set if tagged, clear if ordinary object pointer
*  3 bits  tag index
* 60 bits  payload
* (MSB)
* The tag index defines the object's class. 
* The payload format is defined by the object's class.
*
* If the tag index is 0b111, the tagged pointer object uses an 
* "extended" representation, allowing more classes but with smaller payloads:
* (LSB)
*  1 bit   set if tagged, clear if ordinary object pointer
*  3 bits  0b111
*  8 bits  extended tag index
* 52 bits  payload
* (MSB)
*
* Some architectures reverse the MSB and LSB in these representations.
*
* This representation is subject to change. Representation-agnostic SPI is:
* objc-internal.h for class implementers.
* objc-gdb.h for debuggers.
**********************************************************************/

详细介绍此处就不再翻译，重点说一下：

• 1 bit 用来标识是否是 Tagged Pointer；
• 3 bits 用来标识类型；
• 60 bits 负载数据容量 即存储对象数据；

注意： 此处不对 Tagged Pointer 做深入详细介绍，有兴趣的同学可以 Google 一下 Tagged Pointer，有很多优秀的文章介绍的非常详尽。

由于 Tagged Pointer 是一个伪指针，而不是一个真正的对象，因此它并没有 isa 指针。所以当我们通过 LLDB 打印 Tagged Pointer 对应的 isa 指针时，程序会报错误提示：

error: Couldn't apply expression side effects : Couldn't dematerialize a result variable: couldn't read its memory

而当针对 Tagged Pointer 需要使用到类似 Objecttive-C 对象的 isa 指针功能时，可以通过调用 isKindOfClass 和 object_getClass 实现判断及其他操作。

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拓展知识

• 理解“指针”和“指针值”，以及“直接引用”和“间接引用”的区别

存放变量地址的变量我们称之为“指针变量”，简单的说变量 p 中存储的是变量 a 的地址，那么 p 就可以称为是指针变量，或者说 p 指向 a 。当我们访问 a 变量的时候其实是程序先根据 a 取得 a 对应的地址，再到这个地址对应的存储空间中拿到 a 的值，这种方式我们称为“直接引用”。

而当我们通过 p 取得 a 的时候首先要先根据 p 转换成 p 对应的存储地址，再根据这个地址到其对应的存储空间中拿到存储内容，它的内容其实就是 a 的地址，然后根据这个地址到对应的存储空间中取得对应的内容，这个内容就是 a 的值，这种通过 p 找到 a 对应地址再取值的方式称为“间接引用”。

• iOS 内存分区：

堆：存放对象，Objective-C 通过 new ，alloc 创建的对象，C 通过 malloc 创建的对象。由开发者进行管理，动态分配和释放，内存不连续，速度相对较慢。

栈：存放局部变量，函数的参数，由系统分配和释放，内存连续，速度相对较快。

BSS 段：存放未初始化的全局变量和静态变量，内存一直存在，程序结束后由系统释放。

Data 段：存放已经初始化的全局变量及静态变量，常量。其属于静态内存分配，分为只读数据段（常量区）和读写数据段，程序结束后由系统释放。

代码区：用于存放程序运行时的代码，代码会被编译成二进制存进内存的程序代码区。

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总结

Equality 是日常开发使用非常频繁，用以判断并决定程序的运行流程，如果处理不够准确，可能会出现一些意想不到的 bug。因此熟练掌握它的使用可以让我们规避一些非常低级的错误。以上就是本文对 iOS Equality 相关知识点的介绍，希望这篇文章对你有所帮助，感谢阅读。

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参考资料：

Implementing Equality and Hashing (www.mikeash.com/pyblog/frid…)

Equality (nshipster.com/equality/)

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关于技术组

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