iOS OC本质探索

Clang简介

Clang是一个C语言、C++、Objective-C语言的轻量级编译器。源代码发布于BSD协议下。 Clang将支持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更好的处理constexpr关键字。
Clang是一个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/Objective-C编译器。

Clang语法

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 把目标文件编译成c++文件
如遇到UIKit报错，可使用以下语法
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/ iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m
此外，Xcode自带了xcrun命令，xcrun是对clang的封装

1. 模拟器 xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
2. 真机 xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp

案例1-OC本质

首先，我们建立一个person类，定义两个属性

@interface RCPerson : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString * name;
@property (nonatomic, strong) NSString * hobby;
@end

@implementation RCPerson
@end
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通过clang编译，输出一个.cpp文件

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
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在.cpp文件中，我们找到了RCPerson_IMPL，它是一个结构体类型，有两个成员变量，这时我们可以再增加一个属性重新编译，发现对应的结构体中成员变量同样增加一个_变量，所以RCPerson_IMPL即我们的RCPerson对象底层，是一个结构体。

#ifndef _REWRITER_typedef_RCPerson
#define _REWRITER_typedef_RCPerson
typedef struct objc_object RCPerson;
typedef struct {} _objc_exc_RCPerson;
#endif

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_RCPerson$_name;
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_RCPerson$_hobby;
struct RCPerson_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
	NSString *_name;
	NSString *_hobby;
};
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我们发现RCPerson_IMPL继承于NSObject_IMPL结构体，这里的NSObject_IMPL是什么呢，搜索查看，原来就是ISA结构体

#ifndef _REWRITER_typedef_NSObject
#define _REWRITER_typedef_NSObject
typedef struct objc_object NSObject;
typedef struct {} _objc_exc_NSObject;
#endif

struct NSObject_IMPL {
	Class isa;
};
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此外，我们还发现，平时常用的对象NSArray、NSData、NSDictionary、NSURL等，底层都是objc_object结构体

// @class NSData;
#ifndef _REWRITER_typedef_NSData
#define _REWRITER_typedef_NSData
typedef struct objc_object NSData;
typedef struct {} _objc_exc_NSData;
#endif

#ifndef _REWRITER_typedef_NSArray
#define _REWRITER_typedef_NSArray
typedef struct objc_object NSArray;
typedef struct {} _objc_exc_NSArray;
#endif

#ifndef _REWRITER_typedef_NSDictionary
#define _REWRITER_typedef_NSDictionary
typedef struct objc_object NSDictionary;
typedef struct {} _objc_exc_NSDictionary;
#endif

#ifndef _REWRITER_typedef_NSCharacterSet
#define _REWRITER_typedef_NSCharacterSet
typedef struct objc_object NSCharacterSet;
typedef struct {} _objc_exc_NSCharacterSet;
#endif

#ifndef _REWRITER_typedef_NSURL
#define _REWRITER_typedef_NSURL
typedef struct objc_object NSURL;
typedef struct {} _objc_exc_NSURL;
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而Class，id，SEL这些都是结构体指针，所以我们使用时不加*, 此外他们的结构体类型不相同。

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
typedef struct objc_selector *SEL;
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这里对应的就是属性name、hobby的set和get方法，OC方法默认有self , _cmd两个隐藏参数，get方法本质的就是通过self指针地址加上属性偏移值计算得到一个地址，再取出这个地址的值，set方法本质就是将值赋给计算得到的地址。

static NSString * _I_RCPerson_name(RCPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_RCPerson$_name)); }
static void _I_RCPerson_setName_(RCPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_RCPerson$_name)) = name; }

static NSString * _I_RCPerson_hobby(RCPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_RCPerson$_hobby)); }
static void _I_RCPerson_setHobby_(RCPerson * self, SEL _cmd, NSString *hobby) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_RCPerson$_hobby)) = hobby; }
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总结

1. 类的定义在底层会变编译成结构体，第一个成员变量为isa
2. 对象的本质为struct objc_object类型的结构体指针

isa探索

• 在arm64之前的armv7、armv7s架构中，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
• 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体union结构，还使用位域来存储更多的信息
• 共用体可以多个成员，其大小由最大的成员的大小决定，所有成员共享同一块大小的内存，一次只能使用其中的一个成员，对某一个成员赋值，会覆盖其他成员的值（但前提是成员所占字节数相同，当成员所占字节数不同时只会覆盖相应字节上的值，比如对char成员赋值就不会把整个int成员覆盖掉，因为char只占一个字节，而int占四个字节），union量的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放的。

在对象本质文章中，我们知道了alloc流程：
alloc -> _objc_rootAlloc -> callAlloc -> _objc_rootAllocWithZone -> _class_createInstanceFromZone -> (instanceSize、calloc、initInstanceISA或initIsa)
其中obj->initIsa(cls)为初始化isa方法，我们来看看其源码流程
objc_object::initIsa函数中，isa_t是核心

isa_t是一个联合体，
————–未完待续—————————
isa_t是联合体，兼容了纯isa和非纯isa两种情况。
验证isa与class关系的两种方式
1.通过mask计算，mask就是定义的面具，isa地址 & Mask得到类地址
2.通过左移、右移计算，比如x_86.64架构中，先>>3 再<<20 再>>17
3.init只是提供接口，便于扩展，返回的是object