「iOS」————繼承鏈與對象的結構

iOS學習

前言
對象的底層結構
- isa的類型isa_t
- objc_class & objc_object
- - 類信息的靜態與動態存儲（ro、rw、rwe機制）
  - cache
  - bits
繼承鏈
isKindOfClass和isMemberOfClass
- - `isKindOfClass:`
  - `isMemberofClass`

前言

對對象底層結構的相關信息有點遺忘，簡略記錄一下。順便記錄一下繼承鏈相關。

對象的底層結構

isa指針采用了典型的適配器設計模式。
適配器設計模式（即將底層接口適配為客戶端需要的接口），達成上下層接口隔離的目的。

上層OC對象只需要通過 isa、Class、objc_object、objc_class 等接口訪問對象和類信息。底層實現
通過聯合體、結構體、位域等方式，封裝了復雜的內存布局和數據結構。
適配器（如isa_t、objc_object、objc_class、cache_t、class_rw_t等）把底層復雜的數據結構和操作，適配成了上層易用的接口，實現了“接口隔離”和“解耦”。

isa的類型isa_t

union isa_t { //聯合體isa_t() { }isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }//提供了cls 和 bits ，兩者是互斥關系,即通過cls初始化，bits無默認值，通過bits初始化，cls無默認值Class cls;uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)struct {ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h  結構體定義的位域，儲存類信息和其他信息。};
#endif
};

位域如下：

isa存儲情況

nonpointer有兩個值，表示自定義的類等，占1位
- 0：純isa指針
- 1：不只是類對象地址，isa中包含了類信息、對象的引用計數等
has_assoc表示關聯對象標志位，占1位
- 0：沒有關聯對象
- 1：存在關聯對象
has_cxx_dtor 表示該對象是否有C++/OC的析構器（類似于dealloc），占1位
- 如果有析構函數，則需要做析構邏輯
- 如果沒有，則可以更快的釋放對象
shiftcls表示存儲類的指針的值（類的地址），即類信息
- arm64中占 33位，開啟指針優化的情況下，在arm64架構中有33位用來存儲類指針
- x86_64中占 44位
magic 用于調試器判斷當前對象是真的對象 還是 沒有初始化的空間，占6位
weakly_refrenced是指對象是否被指向 或者 曾經指向一個ARC的弱變量
- 沒有弱引用的對象可以更快釋放
deallocating 標志對象是是否正在釋放內存
has_sidetable_rc表示當對象引用計數大于10時，則需要借用該變量存儲進位
extra_rc（額外的引用計數） ,表示該對象的引用計數值，實際上是引用計數值減1
- 如果對象的引用計數為10，那么extra_rc為9（這個僅為舉例說明），實際上iPhone 真機上的 extra_rc 是使用 19位來存儲引用計數的

cls 與 isa 關聯原理就是isa指針中的shiftcls位域中存儲了類信息，其中initInstanceIsa的過程是將 calloc 指針和當前的 類cls 關聯起來。

objc_class & objc_object

所有Class都是以objc_class為模版繼承而來的。isa指針的類型是Class，由objc_class定義的類型。

而結構體類型objc_class繼承自objc_object。obje_object是一個結構體，且有一個isa屬性，因此objc_class也擁有isa屬性

NSObject中的isa在底層是由Class 定義的，其中class的底層編碼來自 objc_class類型，所以NSObject也擁有了isa屬性

總結

所有的對象 + 類 + 元類 都有isa屬性
所有的對象都是由objc_object繼承來的，類繼承自objc_class
簡單概括就是萬物皆對象，萬物皆來源于objc_object，有以下兩點結論：
- 所有以 objc_object為模板創建的對象，都有isa屬性
- 所有以objc_class為模板，創建的類，都有isa屬性
在結構層面可以通俗的理解為上層OC 與 底層的對接：
- 下層是通過 結構體 定義的 模板，例如objc_class、objc_object
- 上層 是通過底層的模板創建的一些類型，例如CJLPerson

objc_class的定義：

struct objc_class : objc_object {// Class ISA; //8字節Class superclass; //Class 類型 8字節cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtableclass_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
}

isa屬性：繼承自objc_object的isa，占 8字節
superclass 屬性：Class類型，Class是由objc_object定義的，是一個指針，占8字節
cache屬性：簡單從類型class_data_bits_t目前無法得知，而class_data_bits_t是一個結構體類型，結構體的內存大小需要根據內部的屬性來確定，而結構體指針才是8字節
bits屬性：只有首地址經過上面3個屬性的內存大小總和的平移，才能獲取到bits

類信息的靜態與動態存儲（ro、rw、rwe機制）

初始時，只有ro。

當需要修改類信息的時候，rw引用ro，并拷貝一部分信息。

將需要動態更新的部分提取出來，存?rwe:

總結：程序加載時方法存在ro。當類第一次使用的時候，rw就會引用ro；如果動態修改，就會從ro拷貝到rwe；修改的時候也是去操作rwe；

rw和ro的區別：ro放在純凈的內存空間（clean memory），是只讀的。rw在運行生成，存放在可以讀寫的內存空間中（dirty memory），一經使用，ro就會成為rw的一部分（通過指針引用）。并且rw對于真正需要修改的內容，還會拆分出class_rw_ext_t；簡稱rwe。

cache

其中，cache類的內存大小為12+2+2=16字節。分別有：buckets（8字節），mask（4字節）或者_maskAndBuckets（8字節）， _mask_unused（4字節）加上 _flag（2字節）， _occupied(2字節)。

注意：buckets是方法緩存中的一個哈希表數組，儲存了SEL和IMP。而mask使用來計算哈希索引的。這兩個可以快速定位方法緩存。

sel-imp是在cache_t的_buckets屬性中，而在cache_t結構體中提供了獲取_buckets屬性的方法buckets()

我們可以通過相應的獲取方法sel() 以及 imp(pClass)獲得對應的sel-imp

bits

類的首地址平移32字節即可得到bits，bits儲存信息的類型是class_rw_t，其中可以獲取屬性列表和方法列表

請添加圖片描述

通過由class_rw_t提供的propertoes方法，可以獲取到一個實際類型為property_array_t的變量，其中有一個list的類型是property_list_t，是一個指針，存儲了 property_list，即屬性列表。所以bits中儲存了屬性列表。

通過由class_rw_t提供methods方法，可以獲取到一個實際類型為method_array_t的變量，其中的list指針，類型是method_list_t，里面就是具體的方法列表。注意，該列表里面只有實例方法。類方法存儲在元類的bits屬性中，獲取方法與該方法相同，畢竟類是元類的實例。

在class_rw_t中，還有一個ro方法，其返回類型是class_ro_t，其中有一個類型為ivar_list_t的ivars屬性，其中儲存著成員變量列表。該成員變量列表不僅儲存著{}定義的成員變量，還存儲著屬性定義的成員變量。

class_rw_t中的相關方法

繼承鏈

首先是最經典的圖片：
請添加圖片描述

isa走位

isa的走向有以下幾點說明：
- 實例對象（Instance of Subclass）的 isa 指向 類（class）
- 類對象（class） isa 指向 元類（Meta class）
- 元類（Meta class）的isa 指向 根元類（Root metal class）
- 根元類（Root metal class） 的isa 指向它自己本身，形成閉環，這里的根元類就是NSObject
superclass走位

superclass（即繼承關系）的走向也有以下幾點說明：
- 類之間的繼承關系
  - 類（subClass） 繼承自 父類（superClass）
  - 父類（superClass） 繼承自 根類（RootClass），此時的根類是指NSObject
  - 根類 繼承自 nil，所以根類即NSObject可以理解為萬物起源，即無中生有
- 元類也存在繼承，元類之間的繼承關系如下：
  - 子類的元類（metal SubClass） 繼承自 父類的元類（metal SuperClass）
  - 父類的元類（metal SuperClass） 繼承自 根元類（Root metal Class
  - 根元類（Root metal Class） 繼承于 根類（Root class），此時的根類是指NSObject
- 【注意】實例對象之間沒有繼承關系，類之間有繼承關系

isKindOfClass和isMemberOfClass

`isKindOfClass:`

一切皆從調用者obj的isa開始，然后順著superclass走下去，直到找到cls或superclass為nil結束
當superclass為nil，意味著最后的根類NSObject也不是cls，返回flase。

類調用：

判斷順序： SubClass -> MetaClass->MetaClass->...->RootMetaClass->NSObject

其中， 類對象調用方法的本質 是判斷 cls 是不是 元類的繼承鏈 上的任意一個

元類調用：

MetaClass 的 ISA 指向 RootMetaClass ,所以從 RootMetaClass 開始比較判斷是不是我們傳入的cls，如果不是，再看根類NSObject是不是，如果NSObject也不是，就徹底沒有了，返回false，

根元類的父類是NSObject

cls判斷順序如圖：MetaClass -> RootMetaClass->NSObject

**對象調用：**cls判斷順序如圖所示：object -> SubClass -> SubClass ->...->NSObject

本質是判斷 cls 是不是 類繼承鏈 上的任意一個

`isMemberofClass`

不用像isKindOfClass循環直到找到或nil，他只要比較cls是不是我當前的isa指向，是返回true，不是返回false。

這個方法單純地用來判斷，cls是不是調用者的isa ！！

類對象調用：

傳入任何類對象都是false，因為類的isa指向元類

元類對象調用：

元類的isa指向根元類NSObjcet，傳入任何類對象也都是false

對象調用：

只要判斷對象的isa，也就是圖中的SubClass是不是我們傳入的cls

只判斷自己的類對象是不是傳入的cls
只接受類對象傳入 ，因為沒有isa，不存在元類的介入

總結
isMemberOfClass

對象調用：判斷對象的isa（類對象）是否等于傳入的cls，只判斷本類，不查父類。
- 查詢鏈：對象 → isa（類對象）== cls ?
類對象調用：判斷類對象的isa（元類）是否等于cls。
- 查詢鏈：類對象 → isa（元類）== cls ?
元類對象調用：判斷元類對象的isa（根元類）是否等于cls。
- 查詢鏈：元類對象 → isa（根元類）== cls ?

isKindOfClass

對象調用：判斷對象的isa（類對象）是否等于cls，不等則沿superclass鏈查找父類，直到NSObject或nil。
- 查詢鏈：對象 → isa（類對象）→ superclass → … → NSObject → nil
類對象調用：判斷類對象的isa（元類）及其superclass鏈是否等于cls，最終會查到NSObject。
- 查詢鏈：類對象 → isa（元類）→ superclass（父類元類）→ … → 根元類 → superclass（NSObject類對象）→ nil
元類對象調用：判斷元類對象的isa（根元類）及其superclass鏈是否等于cls，最終會查到NSObject類對象。
- 查詢鏈：元類對象 → isa（根元類）→ superclass（NSObject類對象）→ nil