第三節(jié)課 OC對(duì)象原理(下)

全篇開始之前我們想一個(gè)問題，研究了這么久對(duì)象，究竟什么是對(duì)象呢？？

對(duì)象本質(zhì)以及拓展

Clang

探索對(duì)象的本質(zhì)前，我們先了解一個(gè)編譯器：clang
Clang是一個(gè)C語言、C++、OC語言的輕量級(jí)編譯器。源代碼發(fā)布于BSD協(xié)議下。Clang將支持其普通lambda表達(dá)式、返回類型的簡化處理以及更好的處理constexpr關(guān)鍵字。

clang是一個(gè)由Apple主導(dǎo)編寫，基于LLVM的C/C++/OC的編譯器

探索本質(zhì)

1、在main中自定義一個(gè)類LGPerson，有一個(gè)屬性name

@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation LGPerson
@end

2、通過終端，利用clang將main.m編譯成 main.cpp

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

3、打開編譯好的main.cpp，找到LGPerson的定義，發(fā)現(xiàn)LGPerson在底層會(huì)被編譯成struct 結(jié)構(gòu)體

03-對(duì)象的本質(zhì)是結(jié)構(gòu)體.png

LGPerson_IMPL中的第一個(gè)屬性，其實(shí)就是isa，是繼承自NSObject，

03-IVARS.png

通過上圖我們可以看到成員變量是Class isa。通常叫isa叫做isa指針，那么這里的Class應(yīng)該是個(gè)指針類型，在main.cpp文件中全局搜索*Class。代碼如下

03-class.png

LGPerson的類型是objc_object，在OC層面 我們的LGPerson是繼承NSObject，其實(shí)在下層真正的實(shí)現(xiàn)就是objc_object。

03-objc_object.png

對(duì)象的本質(zhì)拓展

在剛才看class的過程中，還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)東西

03-id、sel.png

熟悉的id和SEL。常用的id原來是一個(gè)objc_object結(jié)構(gòu)體指針，這就解釋了id修飾變量和作為返回值的時(shí)候?yàn)槭裁床患?code>*，下面的SEL也是結(jié)構(gòu)體指針這個(gè)也是之前不知道的呢，就稍微了解下吧~

在稍下面一點(diǎn)我們看到一些奇奇怪怪的一些東西

03-方法的get、set.png

小結(jié)

所以從上述探索過程中可以得出：

• OC對(duì)象的本質(zhì)其實(shí)就是結(jié)構(gòu)體
• LGPerson中的isa是繼承自NSObject中的isa

聯(lián)合體位域拓展補(bǔ)充

位域(位段)

位域：在C語言中允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中以位為單位來指定其成員所占內(nèi)存長度，這種以位為單元的成員稱為位域。

struct HZMCar1 {
    BOOL front; // 0 1
    BOOL back;
    BOOL left;
    BOOL right;
};
struct HZMCar1 car1;
NSLog(@"%ld",sizeof(car1));
<--打印輸出-->
4

在開發(fā)當(dāng)中遇到這種情況，其實(shí)BOOL就只有兩種情況，但是卻使用了4個(gè)字節(jié)32位，其實(shí)我們只用4位就可以了，這樣我們就只使用了1字節(jié)，還有3字節(jié)其實(shí)是浪費(fèi)的。接下來我們進(jìn)行改進(jìn)一下

struct HZMCar2 {
    BOOL front: 1;
    BOOL back : 1;
    BOOL left : 1;
    BOOL right: 1;
};
struct HZMCar2 car2;
NSLog(@"%ld",sizeof(car2));
<--打印輸出-->
1

其實(shí)就是指定對(duì)象所占內(nèi)存長度

聯(lián)合體(共用體)

struct LGStudent {
    char        *name;
    int         age;
    double      height ;
};

union LGStudent2 {
    char        *name;
    int         age;
    double      height ;
};
struct LGStudent   student;
student.name = "HZM";
student.age  = 18;

union LGStudent2    student2;
student2.name = "HZM";
student2.age  = 18;
NSLog(@"%ld-%ld",sizeof(student),sizeof(student2));
<--打印輸出-->
24-8

首先我們能觀察到，同樣的成員變量，內(nèi)存大小天差地別，這是為什么呢？我們來通過斷點(diǎn)查看下。

03-聯(lián)合體.png

小結(jié)：

位域和聯(lián)合體對(duì)比
位域：優(yōu)點(diǎn)是所有變量可以共存，缺點(diǎn)是內(nèi)存空間粗放，不管用不用，都分配
聯(lián)合體：優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存更精細(xì)靈活，節(jié)省空間，缺點(diǎn)是各種變量互斥

isa的類型 isa_t

以下是isa指針的類型isa_t的定義，從定義中可以看出是通過聯(lián)合體（union）定義的。

union isa_t { //聯(lián)合體
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    //提供了cls 和 bits ，兩者是互斥關(guān)系
    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};  

isa_t類型使用聯(lián)合體的原因也是基于內(nèi)存優(yōu)化的考慮，這里的內(nèi)存優(yōu)化是指在isa指針中通過char + 位域（即二進(jìn)制中每一位均可表示不同的信息）的原理實(shí)現(xiàn)。通常來說，isa指針占用的內(nèi)存大小是8字節(jié)，即64位，已經(jīng)足夠存儲(chǔ)很多的信息了，這樣可以極大的節(jié)省內(nèi)存，以提高性能
從isa_t的定義中可以看出：

• 提供了兩個(gè)成員，cls和bits，由聯(lián)合體的定義所知，這兩個(gè)成員是互斥的，也就意味著，當(dāng)初始化isa指針時(shí)，只有一個(gè)變量有值

  • 通過cls初始化，bits無默認(rèn)值
  • 通過bits初始化，cls有默認(rèn)值

• 還提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)體定義的位域，用于存儲(chǔ)類信息及其他信息，結(jié)構(gòu)體的成員ISA_BITFIELD，這是一個(gè)宏定義，有兩個(gè)版本 __arm64__（對(duì)應(yīng)ios 移動(dòng)端） 和 __x86_64__（對(duì)應(yīng)macOS），以下是它們的一些宏定義，如下圖
  

  03-ISA_BITFIELD.png

nonpointer:表示是否對(duì)isa指針開啟指針優(yōu)化
0：純isa指針，1：不止是類對(duì)象地址，isa中包含了類信息、對(duì)象的引用計(jì)數(shù)等
has_assoc:關(guān)聯(lián)對(duì)象標(biāo)志位
0：沒有，1：存在
has_cxx_dtor:該對(duì)象是否有C++或者Objc的析構(gòu)器，如果有析構(gòu)函數(shù)，則需要做析構(gòu)邏輯，如果沒有，則可以更快的釋放對(duì)象
shiftcls:開啟指針優(yōu)化的情況下，在arm64架構(gòu)中有33位用來存儲(chǔ)類指針，x86_64中占 44位
magic:用于調(diào)試器判斷當(dāng)前對(duì)象是真的對(duì)象還是沒有初始化的空間
weakly_referenced:標(biāo)志對(duì)象是否被指向或者曾經(jīng)指向一個(gè)ARC的弱變量，
沒有弱引用的對(duì)象可以更快釋放。
deallocating:標(biāo)志對(duì)象是否正在釋放內(nèi)存
has_sidetable_rc:當(dāng)對(duì)象引用計(jì)數(shù)大于 10 時(shí)，則需要借用該變量存儲(chǔ)進(jìn)位
extra_rc:當(dāng)表示該對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值，實(shí)際上是引用計(jì)數(shù)值減 1
例如，如果對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為 10，那么 extra_rc 為 9。如果引用計(jì)數(shù)大于 10， 則需要使用到上面的 has_sidetable_rc。

03-isa存儲(chǔ)情況.png

ISA_MASK

ISA_MASK是一個(gè)宏,一個(gè)掩碼。__x86_64__ 的值等于 0x00007ffffffffff8ULL，__arm64__ 的值等于0x0000000ffffffff8ULL。通過x/4g p獲取到的首位地址就是isa的值是0x001d800100008275，驗(yàn)證下0x001d800100008275&0x00007ffffffffff8ULL結(jié)果

03-MASK.png

對(duì)象通過 isa & 掩碼 得到類的信息

isa的位運(yùn)算

通過上面的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道了isa的shiftcls是用來存儲(chǔ)類指針，所以我們降妖獲取類指針其實(shí)也可以通過位運(yùn)算來獲取shiftcls的最終值。

03-位運(yùn)算.png

通過上圖我們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)我們要獲取的shiftcls正好在中間，左邊有3位，右邊有28位，那我們?nèi)绻@取的話就可以將shiftcls整體向左移3位，將多余部分?jǐn)D出去，向右移20位，將左邊的多余部分?jǐn)D出去，最后左移17位恢復(fù)原位，這個(gè)時(shí)候剩下的不就是我們需要的shiftcls了。我們來驗(yàn)證下

03-驗(yàn)證位運(yùn)算.png