眾說周知，我們平時編寫的OC程式碼，底層都是C/C++實現的

我們可以通過一個終端指令，將我們的OCdiamante轉換成C/C++程式碼

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc 檔名 -o 輸出的CPP檔案

例如：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

思考一：OC的物件、類都是基於C/C++什麼資料結構實現的？？

首先看下面程式碼：

#import <Foundation/Foundation.h>
 

#import <objc/runtime.h>

@interface Student : NSObject
{
    @public
    int _age;
    int _no;
}
@end

@implementation Student
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Student *stu = [[Student alloc] init];

        stu->_age = 4;
        stu->_no = 5
 
;

        NSLog(@"%@", stu);

        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([Student class]));
    }
    return 0;
}

通過終端命令生成.cpp檔案

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

我們發現Student和NSObject的底層實現程式碼如下：

struct Student_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age;
    int _no;
};

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

所以，OC的物件、類都是基於C/C++當中結構體實現的。

那麼，一個NSObject物件佔用多少記憶體呢？

通過以上程式碼，我們發現一個NSObject物件佔用的記憶體大小是一個指標變數所佔用的大小（64bit，8個位元組。32bit，4個位元組）

同樣可以通過程式碼檢驗

方法一：通過runtime方法檢驗

NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class]));

終端列印結果：

2018-03-13 12:02:26.584356+0800 TestDemo[33726:1665977] 8

方法二：實時檢視記憶體資料

Debug -> Debug Workfllow -> View Memory （Shift + Command + M）

輸入記憶體地址：

同樣發現一個Student佔16個位元組，其中指標佔了8個位元組

方法三：可以通過lldb命令檢視

常用lldb命令

檢視結果如下：

(lldb) x/4xw 0x102c0a590
0x102c0a590: 0x000011c9 0x001d8001 0x00000004 0x00000005

還可以通過lldb命令修改物件的值：

類、例項物件、元類（class、instance、meta-class）

類(class)

類：類是現實世界或思維世界中的實體在計算機中的反映，它將資料以及這些資料上的操作封裝在一起(百科上的回答)。簡單的說就是資料及行為的封裝

通過查閱 Apple 官方開源的 objc 原始碼，可以看到類的資料結構如下：

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags

    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }
    void setData(class_rw_t *newData) {
        bits.setData(newData);
    }

    ...
    ...
    ...（省略）
}

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint32_t version;

    const class_ro_t *ro;

    method_array_t methods; // 方法資訊
    property_array_t properties;    // 屬相資訊
    protocol_array_t protocols;     // 協議資訊

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    ...
    ...
    ...（省略）

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;  // 物件佔用的記憶體大小
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    const uint8_t * ivarLayout;

    const char * name;  // 類名
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;  // 成員變數列表

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
};

通過以上程式碼我們發現Class物件在記憶體中儲存的資訊主要包括：
* isa指標
* superclass指標
* 屬性資訊
* 協議資訊

同時我們發現objc_class 繼承自 objc_object，哈哈，其實類也是一個物件。。。

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

        Class objClass1 = [obj1 class];
        Class objClass2 = [obj2 class];
        Class objClass3 = [NSObject class];
        Class objClass4 = object_getClass(obj1);
        Class objClass5 = object_getClass(obj2);

        NSLog(@"\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n", obj1, obj2, objClass1, objClass2, objClass3, objClass4, objClass5);

通過以上試驗，我們發現，NSObject生成兩個例項物件obj1、obj2，這兩個例項物件分佈在不同的記憶體地址，但是他們的Class指標是一樣的，所以我們得出以下結論：
* objClass1 ~ objClass5都是NSObject的class物件（類物件）
* 它們是同一個物件。每個類在記憶體中有且只有一個class物件

例項物件(instance)

物件：物件是具有類型別的變數（百科）。其實物件就是一個類的具體例項。在 Objective-C 中，含有一個 isa 指標並且可以正確指向某個類的資料結構，都可以視作為一個物件，其中 isa 指標指向當前物件所屬的類，通過蘋果開源的官方文件，同樣可以發現它的資料結構，如下程式碼：

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;

public:

    // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
    Class ISA();

    // getIsa() allows this to be a tagged pointer object
    Class getIsa();

    // initIsa() should be used to init the isa of new objects only.
    // If this object already has an isa, use changeIsa() for correctness.
    // initInstanceIsa(): objects with no custom RR/AWZ
    // initClassIsa(): class objects
    // initProtocolIsa(): protocol objects
    // initIsa(): other objects
    void initIsa(Class cls /*nonpointer=false*/);
    void initClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
    void initProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
    void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor);

    ...
    ...
    ...（省略）
}

其實上面程式碼中obj1、obj2就是NSObject生成的兩個例項物件，不同的物件分別佔據兩塊不同的記憶體。

通過檢視物件的底層程式碼，同樣可以發現，物件在記憶體中的儲存資訊包含：
* isa指標
* 其它成員變數的值等

就比如多個物件存在相同的屬性，但是屬性的值卻存在不同的物件當中。

元類（meta-class）

元類：元類其實就是描述類物件的類。簡單的說就是類描述的是物件，而元類描述的是類。所以元類也定義了類的行為（類方法），其實元類的資料結構和類基本相同，只不過元類定義類的行為是類方法（+），而物件是物件方法（-）。原理都是遍歷方法列表或者快取列表

Class objMetaClass1 = objc_getMetaClass("NSObject");
Class objMetaClass2 = object_getClass([NSObject class]);

objMetaClass1、objMetaClass2就是NSObject的meta-class物件（元類物件）

每個類在記憶體中有且只有一個meta-class物件

meta-class物件和class物件的記憶體結構是一樣的，但是用途不一樣，在記憶體中儲存的資訊主要包括：
* isa指標
* superclass指標
* 類的類方法資訊（class method）等

• 檢視class是否為meta-class

BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);

方法的呼叫流程

通過以上資訊我們就瞭解到了類、物件、元類之間的關係，那麼類方法和物件方法的呼叫過程是怎樣的呢？？如下圖所示：

instance的isa指向class：
當呼叫物件方法時，通過instance的isa找到class，最後找到物件方法的實現進行呼叫

class的isa指向meta-class：
當呼叫類方法是，通過class的isa找到meta-class,最後找到類方法的實現進行呼叫

superclass的作用

當一個物件呼叫父類方法時，其實就是通過isa找到class，然後通過superclass找到父類的class，最後找到物件方法的實現進行呼叫（類方法呼叫也是這個原理，通過isa找到meta-class,然後通過superclass找到父類的meta-class，最後找到類物件的實現進行呼叫）

isa和superclass的呼叫流程

通過上圖可以總結如下：

• instance的isa指向class
• class的isa指向meta-class

• meta-class的isa指向基類的meta-class

• class的superclass指向父類的class

• 如果沒有父類，superclass指標為nil
• meta-class的superclass指向父類的meta-class

• 基類的meta-class的superclass指向基類的class

• instance呼叫物件方法的軌跡

  • isa找到class，方法不存在，就通過superclass找父類
• class呼叫類方法的軌跡
  
  • isa找meta-class，方法不存在，就通過superclass找父類