深入理解Objective-C中类的数据结构

一、类的结构

OC 中的代码在底层实现，使用的是 C、C++，所以要研究 OC 中的类结构，可以将 OC 的代码转成 C++的代码即可。首先看一下 NSObject 的结构是什么样子的，创建一个文件并简单的编写如下代码：

// CustomFile.m
#import 
<foundation foundation="" h="">
 
void test() {
 [NSObject alloc];
}
</foundation>

进入终端，输入指令：

clang -rewrite-objc CustomFile.m

默认生成一个 CustomFile.cpp 文件。这个指令生成的代码会很多，也可以使用 xcrun 指令来指定一个特定的架构，这样的：

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc CustomFile.m -o CustomFile_arm64.cpp

这样在 CustomFile_arm64.cpp 文件中会生成一个 真机下的运行代码。相比之下 CustomFile_arm64.cpp 文件会比 CustomFile.cpp 小了很多，但是对于查看 NSObject 的实际结构都是可以的。

打开任意一个 .cpp 文件，都可以找到这样的定义：

struct NSObject_IMPL {
 Class isa;
};

其中 Class 的定义如下：

typedef struct objc_class *Class;

再来看一下在实际中的 NSObject 类的声明是什么样的：

@interface NSObject 
<nsobject>
  {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
 Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
</nsobject>

简化后是这样的：

@interface NSObject {
 Class isa;
}

总之Class 是一个指针，NSObject_IMPL是一个结构体，与 NSObject 在结构上极为相似。

二、类继承后的结构

创建一个 Person.m 文件，弄一个继承于 NSObject 的 Person 类。代码编写如下：

// Person.m
#import 
<foundation foundation="" h="">
 
 
// 类的申明
@interface Person : NSObject
@end
 
// 类的实现
@implementation Person
@end
 
// 类的申明
@interface Student : Person
@end
 
// 类的实现
@implementation Student
@end
</foundation>

其中 Person 继承于 NSObject，Student 继承于 Person 于是在 .cpp 文件中找到这样的定义：

struct Person_IMPL {
 struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};
 
struct Student_IMPL {
 struct Person_IMPL Person_IVARS;
};

NSObject_IVARS 看着这个命名就可以猜到是将父类的所有 ivar 都继承过来了。

似乎明白了一个套路

在 NSObject 中只有一个 Class 类型的成员变量 isa，在没有自定义任何的成员属性的情况下，继承的子类中的 ivar 都来自于父类。

如果说给 Person 与 Student 都定义一个成员变量，是这样的：

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

终于对 Class 的一些套路有进一步的理解了。

三、添加方法后的结构

创建一个 FunClass.m 文件，编写代码如下：

// FunClass.m
#import 
<foundation foundation="" h="">
 
 
// 类的申明
@interface FunClass : NSObject
- (void)testInstance;
+ (void)testClass;
@end
 
// 类的实现
@implementation FunClass
- (void)testInstance {
  
}
 
+ (void)testClass {
  
}
@end
</foundation>

最后发现在 .cpp 中类的结构没有任何的改变，是这样的：

struct FunClass_IMPL {
 struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};

但是我们会发现另外一个问题，在 OC 中的方法变成这样的了：

// 实例方法
_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_FunClass __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
 sizeof(_objc_method),
 1,
 {{(struct objc_selector *)"testInstance", "v16@0:8", (void *)_I_FunClass_testInstance}}
static void _I_FunClass_testInstance(FunClass * self, SEL _cmd) {
}
 
// 类方法
_OBJC_$_CLASS_METHODS_FunClass __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
 sizeof(_objc_method),
 1,
 {{(struct objc_selector *)"testClass", "v16@0:8", (void *)_C_FunClass_testClass}}
static void _C_FunClass_testClass(Class self, SEL _cmd) {
 
}

发现这几个特点：

1、实例方法有这个：_INSTANCE_METHODS_FunClass，类方法的是这个：_CLASS_METHODS_FunClass

2、两个方法都是 static 方法

3、方法都多了两个参数：self 与_cmd，这也回答了为什么 self 与 _cmd 只能在方法中有的根本原因。

关于 方法 的这部分先介绍到这里，后期会有专门的专题。

作者：给策

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