理解iOS对象本质：探索底层实现、内存布局和继承关系

2023-12-16 18:20:29

作为iOS开发领域的匠人，我们不能仅仅停留在语言功能和SDK API的浅层学习上。深入理解程序在系统中的底层原理至关重要，它能加深我们对程序整体的认知，进而编写出更加优质的代码。本文旨在探索Objective-C对象最本质的特性，包括其底层实现、内存布局和继承关系。

底层实现

Objective-C对象是通过结构体实现的。每个对象都包含一个 isa 指针，指向其类对象，以及一个指向实例变量的指针。类对象包含指向元类对象的指针，元类对象则存储了该类的元数据，例如类方法和类变量。这种结构允许对象访问其类和元类中的信息，实现灵活且动态的运行时行为。

内存布局

在内存中，对象被分为三个部分：对象头、实例变量和对齐填充。对象头包含 isa 指针、引用计数和标志位。实例变量存储对象的数据成员，而对齐填充则用于确保对象大小是特定体系结构的倍数，从而优化内存访问。理解对象的内存布局对于优化内存管理和性能至关重要。

继承关系

Objective-C支持单继承，允许类从一个父类派生。派生类继承了父类的所有实例变量和方法，并且可以添加自己的实现。继承关系通过 isa 指针实现，该指针在派生类中指向父类对象，从而允许对象访问其父类的属性和方法。了解继承关系对于理解对象的层次结构和多态行为非常重要。

示例代码

下面是一个示例Objective-C类及其内存布局：

@interface Person : NSObject
{
    NSString *_name;
    int _age;
}

- (instancetype)initWithName:(NSString *)name age:(int)age;
- (NSString *)name;
- (void)setName:(NSString *)name;
- (int)age;
- (void)setAge:(int)age;

@end

@implementation Person

- (instancetype)initWithName:(NSString *)name age:(int)age
{
    if (self = [super init]) {
        _name = name;
        _age = age;
    }
    return self;
}

- (NSString *)name
{
    return _name;
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    _name = name;
}

- (int)age
{
    return _age;
}

- (void)setAge:(int)age
{
    _age = age;
}

@end

内存布局如下：

+---------------------------+
| 对象头（8 字节）          |
+---------------------------+
| isa 指针（8 字节）        |
+---------------------------+
| 引用计数（4 字节）       |
+---------------------------+
| 标志位（4 字节）         |
+---------------------------+
| 实例变量（16 字节）      |
+---------------------------+
| _name（8 字节）           |
+---------------------------+
| _age（4 字节）            |
+---------------------------+
| 对齐填充（4 字节）       |
+---------------------------+