Objective-C 对象模型

Objective-C 对象保存实例状态，类描述对象可响应的行为；类本身也是运行时对象。属性、分类和协议则从不同角度组织接口：属性声明访问约定，分类扩展既有类的方法，协议声明需要提供的能力。理解这些关系，才能解释“属性为什么不等于成员变量”“copy 为什么不一定深复制”等具体问题。本文使用 Apple 现代 Objective-C 运行时，代码默认启用 ARC。

1. 面试核心

先记住这几条，再读正文

• 实例、类对象和元类承担不同职责，实例方法由类描述，类方法可按元类上的实例方法理解。卡 · 实例、类与元类
• @property 声明访问器契约，属性不等于实例变量；访问属性和直接写 ivar 也不一定经过同一条逻辑。卡 · 属性与实例变量
• strong 持有对象，copy 在 setter 中按复制契约取得要保存的对象，copy 是否返回新对象、是否复制元素取决于类型的实现。 卡 · 复制契约与可变性卡 · 复制契约与可变性
• weak 不拥有对象并支持释放后清零，assign 不提供同样的对象生命周期保障；属性修饰符表达的是接口语义，手写访问器仍需遵守它。卡 · 属性与实例变量
• 分类能添加方法与协议遵循，不能为既有类直接增加实例变量；类扩展则参与原类的编译实现。卡 · 分类、类扩展与协议
• Objective-C 类是单继承，分类不构成多继承，协议也不会自动复制一份实现或状态。卡 · 分类、类扩展与协议

2. 实例、类与元类

卡 · Objective-C 实例、类对象与元类有什么关系？

实例是通过类创建的具体对象，保存各自的实例变量。类对象表示一个类，描述它的实例方法、实例布局以及继承关系等运行时信息。元类是类对象所属的类，类方法的查找可以沿这层关系理解。

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface Item : NSObject
@end
@implementation Item
@end

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        Item *item = [Item new];
        Class cls = object_getClass(item);
        Class meta = object_getClass(cls);
        printf("%d %d %d\n", cls == [Item class],
               class_isMetaClass(cls), class_isMetaClass(meta));
    }
}

输出 1 0 1：实例的运行时类是 Item，它不是元类；类对象的类则是元类。普通子类的类方法继承可沿元类的父类链查找。根类附近的连接关系有特殊规则，不宜把所有 isa 与 superclass 连线都画成同一种继承关系。

面试会用 isa 表示对象与所属类的联系，但现代运行时可能使用编码后的 isa、Tagged Pointer 等布局优化。应通过 object_getClass 等公开 API 理解关系，不把“对象前八字节永远是裸 Class 指针”当作通用保证。

Item * 是带静态类信息的对象指针，id 表达一般 Objective-C 对象，Class 用于类对象。instancetype 常用于返回与接收者类型相关的结果，让编译器保留更具体的类型信息；这些声明不改变对象本身的实际运行时类。

[item method] 是向接收者发送消息，实际实现可以在运行时选择；self 是当前接收者，super 表示从父类一侧开始方法查找，接收者仍然是当前对象。具体查找与转发流程见 Objective-C Runtime。

3. 属性与实例变量

卡 · property 与 ivar 是同一个东西吗？卡 · property 的常见修饰符分别有什么含义？

实例变量（ivar）直接参与对象状态存储。属性 @property 声明 getter、setter 及其访问、持有或复制约定；现代编译器在适用情况下可以自动生成访问器和对应 ivar。

例如 @property (nonatomic, copy) NSString *name; 通常对应 name 与 setName: 两个访问器，并由合成实现使用 _name 保存状态。object.name = value 调用 setter；在允许访问的位置写 _name = value 则直接修改存储，不会自动执行 setter 中的校验、复制或其他逻辑。

直接写一个 ARC 强 ivar 仍然遵守强引用赋值规则，但不会凭属性声明自动执行一次 copy。这也是自定义初始化器或 setter 中需要认真处理 _name = [value copy] 等代码的原因。

属性约定	含义
readonly / readwrite	对外是否声明 setter；不是对象深度不可变的证明
strong	对对象建立拥有关系
weak	不拥有对象，支持对象释放后置 nil
copy	setter 保存按 copy 契约得到的结果
assign	直接赋值，适合标量；对象引用不因此获得清零保护
atomic / nonatomic	合成访问器的原子性约定；不保证复合业务操作原子
getter= / setter=	指定访问器的名称

@synthesize 可以显式指定合成关系，@dynamic 则告诉编译器访问器会通过其他方式提供；后者不会凭空生成可调用实现。如果运行时最终也没有实现，发送相应消息仍然会失败。

手写访问器时，属性特性仍是对调用者的承诺。标成 copy 却直接保存外部可变对象，或者标成 atomic 却提供没有相应同步的自定义访问器，都会让声明与实际行为不一致。引用生命周期与原子性的详细边界见 Objective-C 内存管理。

4. 复制契约与可变性

卡 · NSString 类型的属性为什么使用 copy？卡 · NSArray 的 copy 是否会深复制所有元素？

复制契约由类型的 NSCopying 等实现决定。copy 不是语言内建的任意对象深复制操作，属性声明也不会递归遍历所有成员。

NSString 属性使用 copy 的直接目的，是隔离调用者传入可变字符串后继续修改的影响：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Names : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *shared;
@property (nonatomic, copy) NSString *snapshot;
@end
@implementation Names
@end

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        NSMutableString *input = [NSMutableString stringWithString:@"Lin"];
        Names *names = [Names new];
        names.shared = input;
        names.snapshot = input;
        [input appendString:@"!"];
        printf("%s %s\n", names.shared.UTF8String, names.snapshot.UTF8String);
    }
}

输出 Lin! Lin。shared 持有原对象，snapshot 通过字符串的复制契约取得内容快照。若输入本来就是不可变字符串，copy 可以返回同一对象，并按相应所有权规则处理；不能用“地址必须不同”验证复制是否正确。

mutableCopy 用于获得支持修改的副本。若属性声明成 NSMutableString * 却使用普通 copy，得到的结果可能是不可变字符串，再发送修改消息可能失败。静态指针类型不会把对象的实际运行时能力改成可变。

集合复制还要区分容器与元素：

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        NSMutableString *element = [NSMutableString stringWithString:@"A"];
        NSMutableArray<NSMutableString *> *original = [NSMutableArray arrayWithObject:element];
        NSArray<NSMutableString *> *snapshot = [original copy];
        [original addObject:[NSMutableString stringWithString:@"B"]];
        [element appendString:@"!"];
        printf("%lu %lu %s\n", (unsigned long)original.count,
               (unsigned long)snapshot.count, snapshot[0].UTF8String);
    }
}

输出 2 1 A!。外层容器已经独立，因此向 original 加元素不改变 snapshot.count；两个容器仍然持有同一个可变字符串，所以都能观察到 A!。若业务需要深度快照，要逐层定义复制范围以及对象共享关系；即使让集合逐个调用元素的 copy，也不自动保证任意对象图全部深复制。

5. 分类、类扩展与协议

卡 · 分类为什么不能直接增加实例变量？卡 · 分类和协议能否让 Objective-C 类拥有多继承？

分类（Category）为已经存在的类增加方法或声明协议遵循，可以用于系统类以及没有源码的类。它不创建新的子类，也不会让每个实例获得额外的 ivar 空间。

类扩展（Class Extension）使用没有名称的括号，参与原类的编译实现，可用于补充内部声明，并在支持的现代运行时下增加 ivar。它常用于把公开 readonly 属性在内部重新声明为 readwrite，前提是可以参与原类实现的编译。

#import <Foundation/Foundation.h>

@protocol Named <NSObject>
- (NSString *)name;
@end

@interface Item : NSObject <Named>
@property (nonatomic, copy, readonly) NSString *name;
- (instancetype)initWithName:(NSString *)name;
@end

@interface Item ()
@property (nonatomic, copy, readwrite) NSString *name;
@end

@implementation Item
- (instancetype)initWithName:(NSString *)name {
    self = [super init];
    if (self) { _name = [name copy]; }
    return self;
}
@end

@interface Item (Display)
- (NSString *)displayName;
@end
@implementation Item (Display)
- (NSString *)displayName { return [@"item:" stringByAppendingString:self.name]; }
@end

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        Item *item = [[Item alloc] initWithName:@"Lin"];
        id<Named> named = item;
        printf("%s %s\n", named.name.UTF8String, item.displayName.UTF8String);
    }
}

输出 Lin item:Lin。协议描述读取名称的能力，类扩展声明内部写入能力，分类增加显示方法，三者各有职责。普通分类里即使声明属性，也不会自动合成新的存储和访问器；需要自己实现访问器，并使用已有状态或关联对象等外部存储机制。

分类可以访问声明可见的已有 ivar，但不能改变已经确定的对象布局。两个分类实现同名方法，或者分类与原类方法同名，不应依赖某个链接或加载顺序得到稳定选择；公共扩展方法宜使用清楚且不易冲突的命名。

协议 @protocol 声明一组方法或属性要求，不要求遵守者属于同一个类层次。@optional 方法可以不实现，调用前需要确认接收者能响应相应 selector；遵守协议不意味着每个可选方法都存在。

Objective-C 类只有一个直接父类。分类添加行为、协议声明能力，都不能把它变成拥有多套父类状态的多继承。需要组合不同职责时，可以让对象持有协作者并通过协议通信，而不是把同名方法覆盖当成继承机制。

6 · 面试题卡片

先想答案，再翻面先在心里答一遍，再点开卡片对照参考回答。卡片之间可以左右切换，看完会回到这里。

逐张翻看 7 张 →

实例、类与元类

Objective-C 实例、类对象与元类有什么关系？

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考察 1 点 · 相关 §2未标记

属性与实例变量

property 与 ivar 是同一个东西吗？

本站自测

考察 1 点 · 相关 §3未标记

复制契约与可变性

NSString 类型的属性为什么使用 copy？

考察 1 点 · 相关 §4未标记

复制契约与可变性

NSArray 的 copy 是否会深复制所有元素？

考察 1 点 · 相关 §4未标记

属性与实例变量

property 的常见修饰符分别有什么含义？

考察 1 点 · 相关 §3未标记

分类、类扩展与协议

分类为什么不能直接增加实例变量？

考察 1 点 · 相关 §5未标记

分类、类扩展与协议

分类和协议能否让 Objective-C 类拥有多继承？

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考察 1 点 · 相关 §5未标记

未标记的卡读完后明天进入复习；已标记的按状态安排

本页题目与参考回答

6.1 Objective-C 实例、类对象与元类有什么关系？

考察重点：实例状态、方法归属与运行时类型关系。

相关内容：实例、类与元类。

参考回答

实例保存自身状态，类对象描述实例布局和实例方法，元类描述类对象对应的方法行为。 类方法可以按元类上的实例方法理解；实例方法查找与类方法查找因此经过不同的起点。现代 isa 可能使用编码布局，应通过运行时 API 获取关系，不把它一律当作可直接解引用的裸指针。

6.2 property 与 ivar 是同一个东西吗？

考察重点：接口契约、存储与访问器路径。

相关内容：属性与实例变量。

参考回答

不是，属性声明访问器和相关约定，ivar 是对象中的实际存储。 编译器可在适用情况下为属性合成访问器和 ivar，但计算属性可以不对应独立存储，分类属性也不会自动得到新 ivar。直接写 ivar 不经过 setter，所以不会自动执行其中的复制、校验等逻辑。

6.3 NSString 类型的属性为什么使用 copy？

考察重点：可变子类、外部修改与字符串复制契约。

相关内容：复制契约与可变性。

参考回答

为了按字符串的复制契约保存内容，避免调用方传入可变字符串后继续修改同一对象而改变属性。 strong 只持有原对象，copy 会取得相应不可变副本。输入本来不可变时，复制可以复用原对象，因此不能要求地址一定不同；如果 API 本身需要共享可变对象，应明确设计这种语义。

6.4 NSArray 的 copy 是否会深复制所有元素？

考察重点：容器复制、元素引用与类型自己的复制实现。

相关内容：复制契约与可变性。

参考回答

不会自动深复制所有元素，数组复制与元素对象复制是两层关系。 可变数组的 copy 能提供独立的不可变容器，但元素对象仍可共享；修改可变元素会被两个容器观察到。不可变数组的 copy 也可能复用自身。深度快照应按元素及嵌套状态的复制契约单独设计。

6.5 property 的常见修饰符分别有什么含义？

考察重点：可写性、拥有关系、复制与访问器原子性。

相关内容：属性与实例变量。

参考回答

应从访问能力、对象关系和访问器行为三个方面区分。 readonly 与 readwrite 决定是否声明 setter；strong、weak、copy 分别表示持有、不拥有且清零、保存复制结果，标量通常使用 assign；atomic 与 nonatomic 约定合成访问器的原子性，不能由此推出整个对象线程安全。自定义访问器仍要实现声明所承诺的语义。

6.6 分类为什么不能直接增加实例变量？

考察重点：既有对象布局、编译期扩展与关联存储。

相关内容：分类、类扩展与协议。

参考回答

分类为既有类补充行为，不重新确定该类和已有实例的存储布局，因此不能直接追加 ivar。 分类可以声明属性，但要自行实现访问器，使用已有状态或关联对象保存额外数据。类扩展参与原类编译，与普通分类不同；关联对象也不是把新字段塞进每个实例的原有布局。

6.7 分类和协议能否让 Objective-C 类拥有多继承？

考察重点：类继承、行为扩展与接口约束。

相关内容：分类、类扩展与协议。

参考回答

不能，Objective-C 类仍然是单继承，分类只增加行为，协议只声明能力契约。 多个协议可以同时遵守，但不会自动带来多个父类的状态和实现。不同职责可以通过组合与委托协作；分类方法冲突也不应当作可控的多继承方法解析来使用。

7. 参考资料

• Apple：Objects, Classes, and Messaging
• Apple：Declared Properties
• Apple：Customizing Existing Classes
• Apple：Working with Protocols
• Apple：Object Copying

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