iOS 底层探索篇 —— 对象的本质

前言

• iOS 底层探索篇 —— alloc、init、new的探索
• iOS 底层探索篇 —— 内存字节对齐分析

对象的本质

1. 准备代码

@interface XDPerson : NSObject
{
    NSString *nickName; //成员变量
//    UILabel *label;   //实例变量 是特殊的成员变量 经过类实例出来的
}
@property (nonatomic,copy) NSString *name; //属性
@end

@implementation XDPerson

@end
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咱们准备一份这样的代码放在main.m文件里面，经过clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp来编译成mian.cpp文件。

2. 分析编译生成的main.cpp文件

咱们直接看与XDPerson相关的代码

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};
···
#ifndef _REWRITER_typedef_XDPerson
#define _REWRITER_typedef_XDPerson
typedef struct objc_object XDPerson;
typedef struct {} _objc_exc_XDPerson;
#endif

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_XDPerson$_name;
struct XDPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *nickName;
    NSString *_name;
};
// @property (nonatomic,copy) NSString *name;
/* @end */

// @implementation XDPerson
static NSString * _I_XDPerson_name(XDPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_XDPerson$_name)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);

static void _I_XDPerson_setName_(XDPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct XDPerson, _name), (id)name, 0, 1); }
// @end
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• XDPerson这个类在底层编译成了XDPerson_IMP结构体。
• 成员NSObjct_IVARS，这是一个结构体，里面只包含了isa。
• 成员nickName，是咱们类里面的成员变量。
• 成员_name，是咱们类里面的属性，编译成了带有_下划线的成员。
• 函数_I_XDPerson_name，实际上就是getter方法，包含两个默认参数self、_cmd。
• 函数_I_XDPerson_setName_，实际上就是setter方法，包含两个默认参数self、_cmd，与一个形参name。

根据编译的结构咱们能够得出下面结论：

• 对象的本质在底层就是一个结构体。
• 属性与成员变量的区别，属性是由成员变量+getter方法+setter方法组成。

3. 分析method_list_t结构体

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[2];
} _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_XDPerson __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    2,
    {{(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_XDPerson_name},
    {(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_XDPerson_setName_}}
};
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1. 咱们分析一下这两个objc_selector

• {{(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_XDPerson_name},
• {(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_XDPerson_setName_}}

两个都是由SEL->selector，type方法签名，imp函数实现组成。

2. type方法签名介绍

咱们拿v24@0:8@16分析：

• 第一个符号v返回值类型，24返回值类型的长度。
• 第二个符号@参数一类型对象，0长度0-7。
• 第三个符号:参数二类型SEL，8长度8-15。
• 第四个符号@参数三类型对象，16长度16-23。

这里咱们能够经过打印一下各类类型来获取各类符号typeEncode：

NSLog(@"char--%s",@encode(char));
    NSLog(@"short--%s",@encode(short));
    NSLog(@"int--%s",@encode(int));
    NSLog(@"long--%s",@encode(long));
    NSLog(@"long long--%s",@encode(long long));
    NSLog(@"unsigned char--%s",@encode(unsigned char));
    NSLog(@"unsigned short--%s",@encode(unsigned short));
    NSLog(@"unsigned int--%s",@encode(unsigned int));
    NSLog(@"unsigned long--%s",@encode(unsigned long));
    NSLog(@"float--%s",@encode(float));
    NSLog(@"BOOL--%s",@encode(BOOL));
    NSLog(@"void--%s",@encode(void));
    NSLog(@"char *--%s",@encode(char *));
    NSLog(@"id--%s",@encode(id));
    NSLog(@"Class--%s",@encode(Class));
    NSLog(@"SEL--%s",@encode(SEL));
    int array[] = {1,2};
    NSLog(@"int[]--%s",@encode(typeof(array)));
    typedef struct person{
        int age;
        NSString *name;
    }Person;
    NSLog(@"struct--%s",@encode(Person));
    
    typedef union teacher{
        char *a;
        BOOL b;
    }Teacher;
    NSLog(@"union--%s",@encode(Teacher));

2019-12-19 20:47:51.143558+0800 Object本质[2623:63103] char--c
2019-12-19 20:47:51.143887+0800 Object本质[2623:63103] short--s
2019-12-19 20:47:51.143906+0800 Object本质[2623:63103] int--i
2019-12-19 20:47:51.143966+0800 Object本质[2623:63103] long--q
2019-12-19 20:47:51.144035+0800 Object本质[2623:63103] long long--q
2019-12-19 20:47:51.144080+0800 Object本质[2623:63103] unsigned char--C
2019-12-19 20:47:51.144108+0800 Object本质[2623:63103] unsigned short--S
2019-12-19 20:47:51.144131+0800 Object本质[2623:63103] unsigned int--I
2019-12-19 20:47:51.144153+0800 Object本质[2623:63103] unsigned long--Q
2019-12-19 20:47:51.144173+0800 Object本质[2623:63103] float--f
2019-12-19 20:47:51.144193+0800 Object本质[2623:63103] BOOL--c
2019-12-19 20:47:51.144213+0800 Object本质[2623:63103] void--v
2019-12-19 20:47:51.144234+0800 Object本质[2623:63103] char *--*
2019-12-19 20:47:51.144256+0800 Object本质[2623:63103] id--@
2019-12-19 20:47:51.144277+0800 Object本质[2623:63103] Class--#
2019-12-19 20:47:51.144297+0800 Object本质[2623:63103] SEL--:
2019-12-19 20:47:51.144317+0800 Object本质[2623:63103] int[]--[2i]
2019-12-19 20:47:51.144337+0800 Object本质[2623:63103] struct--{person=i@}
2019-12-19 20:47:51.144359+0800 Object本质[2623:63103] union--(teacher=*c)
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咱们能够直接经过苹果官网TypeEncode或者在Xcode中在@Encode用commond+shift+0来查看。

viewDidLoad的本质

1. 准备代码

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
}
@end
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2. clang编译文件

这里若是还用上面的方式来编译，应该是会报错的，须要用下面的方式

• xcrun -sdk iphonesimulator clang -rewrite-objc ViewController.m
• xcrun -sdk iphoneos clang -rewrite-objc ViewController.m

1. 查看编译以后的ViewController.cpp文件

#ifndef _REWRITER_typedef_ViewController
#define _REWRITER_typedef_ViewController
typedef struct objc_object ViewController;
typedef struct {} _objc_exc_ViewController;
#endif

struct ViewController_IMPL {
    struct UIViewController_IMPL UIViewController_IVARS;
};
/* @end */

// @interface ViewController ()

/* @end */

// @implementation ViewController

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));
}

struct UIViewController_IMPL {
    struct UIResponder_IMPL UIResponder_IVARS;
};
// @end
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• 类ViewController在底层也被编译成告终构体。惟一成员是继承自父类的成员。
• viewDidLoad方法在底层编译成_I_ViewController_viewDidLoad函数，默认也是两个参数self、_cmd。
• super viewDidLoad方法在底层编译成((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));，这个函数简化以后objc_msgSendSuper(self.super,viewDidLoad)，其本质就是给父类发送viewDidLoad这么一个消息。

2. method_list_t结构体查看

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    1,
    {{(struct objc_selector *)"viewDidLoad", "v16@0:8", (void *)_I_ViewController_viewDidLoad}}
};
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能够看到一样也SEL->selector+typeEncode+imp组成。

对象和类在内存中的数量

1. 对象的数量

XDPerson *p1 = [XDPerson alloc];
    XDPerson *p2 = [XDPerson alloc];
    XDPerson *p3 = [XDPerson alloc];
    NSLog(@"p1-%p",p1);
    NSLog(@"p2-%p",p2);
    NSLog(@"p3-%p",p3);
    
    2019-12-19 21:42:33.901531+0800 alloc探索[3108:105948] p1-0x600000639da0
    2019-12-19 21:42:33.901750+0800 alloc探索[3108:105948] p2-0x60000063ae20
    2019-12-19 21:42:33.901878+0800 alloc探索[3108:105948] p3-0x600000639620
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经过输出结果能够看到对象alloc一次在系统内存中就会增长一份。

2. 类的数量

Class c1 = [XDPerson class];
    Class c2 = [XDPerson alloc].class;
    Class c3 = object_getClass([XDPerson alloc]);
    NSLog(@"c1-%p",c1);
    NSLog(@"c2-%p",c2);
    NSLog(@"c3-%p",c3);
    
    2019-12-19 21:42:33.901996+0800 alloc探索[3108:105948] c1-0x10b8f30e8
    2019-12-19 21:42:33.902107+0800 alloc探索[3108:105948] c2-0x10b8f30e8
    2019-12-19 21:42:33.902205+0800 alloc探索[3108:105948] c3-0x10b8f30e8
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经过输出结果能够看到类的数量在系统内存中只有一份。