前言：本文簡述OC對象、isa和SuperClass，如有錯誤請留言指正。

Q：OC中對象分類

A：總共為三類：實例對象、類對象、元類對象

• instance對象（實例對象）
• class對象（類對象）
• meta-class對象（元類對象）

實例對象（instance）

• instance對象就是通過類alloc出來的對象，每次調用alloc都會產生新的instance對象

Student *p1 = [[Student alloc] init];
Student *p2 = [[Student alloc] init];

• p1、p2是Student的instance對象（實例對象）,它們是不同的兩個對象，分別占據著兩塊不同的內存

  
  
  p1、p2內存地址

instance對象在內存中存儲的信息包括

• isa指針
• 其他成員變量的值
• 實例對象不包含實現方法

類對象（Class）

NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
Class objClass1 = [obj1 class];
Class objClass2 = [NSObject class];
//class 方法返回的一直是class對象，類對象，而不是元類對象
Class objClass3 = [[NSObject class] class];
Class objClass4 = object_getClass(obj1);
NSLog(@"%p-%p-%p-%p",objClass1,objClass2,objClass3,objClass4);

• 上述都是同一個類對象，打印出的地址相同，每個類在內存中有且只有一個class對象

class對象在內存中存儲的信息包括

• isa指針
• superclass指針
• 類的屬性信息（@property）
• 類的實例方法信息（instance method）
• 類的協議信息（protocol）
• 類的成員變量信息（ivar）（成員變量類型、名稱等等，不是成員變量的值）
• ......

元類對象（meta-class）

Class metaClass = object_getClass([NSObject class]);

• 每個類在內存中有且只有一個meta-class對象
• meta-class對象和class對象的內存結構是一樣的，但是用途不一樣

在內存中存儲的信息主要包括

• isa指針
• superclass指針
• 類的類方法信息（class method）
• ......

方法說明

1.Class objc_getClass(const char *aClassName)

• 1> 傳入字符串類名
• 2> 返回對應的類對象

2.Class object_getClass(id obj)

• 1> 傳入的obj可能是instance對象、class對象、meta-class對象
• 2> 返回值
  a) 如果是instance對象，返回class對象
  b) 如果是class對象，返回meta-class對象
  c) 如果是meta-class對象，返回NSObject（基類）的meta-class對象

Q：實例對象、類對象isa指向

A：instance的isa指向class，class的isa指向meta-class

• 當調用實例方法時，通過instance的isa找到class，最后找到實例方法的實現進行調用

• 當調用類方法時，通過class的isa找到meta-class，最后找到類方法的實現進行調用

  
  
  isa指向

Q：對象的isa指針指向哪里？

A：根據不同類型的對象來回答。

• instance對象的isa指向class對象
• class對象的isa指向meta-class對象
• meta-class對象的isa指向基類的meta-class對象

Q：OC的類信息存放在哪里？

A：類的內容分別作答。

• 實例方法、屬性、成員變量、協議信息，存放在class對象中
• 類方法，存放在meta-class對象中
• 成員變量的具體值，存放在instance對象

Q問題描述：Student類繼承自Person；Person繼承自NSObject

示例代碼：

@interface Person : NSObject<NSCopying>
{
    int _age;
    int _name;
    int _bro;
}
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end

@implementation Person
- (void)personInstanceMethod{
    
}
+ (void)personClassMethod{
    
}
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{
    return nil;
}
@end

@interface Student : Person<NSCopying>
{
    int _dog;
    int _cat;
    int _book;
    
    int _phone;
    int _bicycle;
    
    int _hat;
    int _clothes;
    int _pants;
}
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end

@implementation Student
- (void)studentInstanceMethod{}
+ (void)studentClassMethod{}
@end

q1：上述代碼各類對象superclass指向？

a1：各類的superclass指向父類對象

類對象的superclass指針指向父類對象

各類superclass指向

q2：Student實例對象調用Student實例方法的調用流程？

示例代碼：

Student *stu = [[Student alloc] init];
[stu studentInstanceMethod];

a2：stu實例對象isa找到Student的類對象，調用實例方法

實例對象調用實例方法流程

q3：Student實例對象調用Person實例方法的調用流程？

示例代碼：

Student *stu = [[Student alloc] init];
[stu personInstanceMethod];

a3：stu實例對象isa找到Student的類對象，通過Student的superclass找到Person的類對象，最后調用Person的實例方法實現。

stu調用Person實例方法流程

q4：Student實例對象調用init方法的調用流程？

示例代碼：

Student *stu = [[Student alloc] init];
[stu init];

a3：調用流程

• 1.stu實例對象isa找到Student的類對象
• 2.通過Student的superclass找到Person的類對象
• 3.通過Person的superclass找到NSObject的類對象
• 4.最后調用NSObject的init方法實現。

Q：Student類繼承自Person；Person繼承自NSObject，各類元類的superclass指針指向？

A：Student元類superclass指向Person的元類，Person元類superclass指向NSObject的元類

各類元類的superclass指針指向

q1：參考上述示例，[Student studentClassMethod] 調用流程
a1：Student類isa指針找到 Student元類，然后調用類方法 studentClassMethod

q2：參考上述示例，[Student personClassMethod] 調用流程
a3：Student類isa指針找到 Student元類，Student元類的superclass找到Person元類，再調用personClassMethod

q2：參考上述示例，[Student load] 調用流程
a3：Student類isa指針找到 Student元類，Student元類的superclass找到Person元類，Person元類的superclass找到NSObject元類，再調用load

isa、superclass 小結

• instance的isa指向class
• class的isa指向meta-class
• meta-class的isa指向基類的meta-class
• class的superclass指向父類的class，如果沒有父類，superclass指針為nil
• meta-class的superclass指向父類的meta-class；基類的meta-class的superclass指向基類的class
• instance調用實例方法的軌跡；isa找到class，方法不存在，就通過superclass找父類
• class調用類方法的軌跡；isa找meta-class，方法不存在，就通過superclass找父類

isa、superclass指向

上述圖片備注：isa指向為虛線、superclass指向為實線，Root class元類的superclass指向Root class的class（轉彎處實線）。可以按照Student、Person、NSObject來理解。

• 如果在基類中找不到方法實現，會報錯unrecognized selector sent to class 0x1000011**

Q：如果調用類方法沒有實現，是否會調用同名的實例方法。

A：會。

調用方法實質是runtime的消息轉發機制，runtime只會根據方法名尋找而不會在意是類方法還是實例方法。
代碼驗證：

#Person文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
+ (void)test{
    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
}
@end

#NSObject+Test文件
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

@implementation NSObject (Test)
+ (void)test{
    NSLog(@"+[NSObject test] %p",self);
}
@end

#調用方式：

NSLog(@"Person:%p",[Person class]);
NSLog(@"NSObject:%p",[NSObject class]);
[Person test];
[NSObject test];

輸出結果1：

Person:0x10e72e090
NSObject:0x10f6d8ea8
+[Person test] 0x10e72e090
+[NSObject test] 0x10f6d8ea8

輸出結果2：(如果將Person的類方法注釋掉，其余代碼不變)

#Person 文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
//}
@end

輸出結果2:
Person:0x10477b050
NSObject:0x105725ea8
+[NSObject test] 0x10477b050
+[NSObject test] 0x105725ea8

因為Person里找不到test實現方法，即找父類的實現方法

輸出結果3：(如果將Person和NSObject的類方法注釋掉，其余代碼不變)

#Person 文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
//}
@end

#NSObject+Test文件
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

@implementation NSObject (Test)
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[NSObject test] %p",self);
//}
@end

輸出結果3：會報錯
Person:0x10766efd0
NSObject:0x108618ea8
+[Person test]: unrecognized selector sent to class 0x10766efd0
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '+[Person test]: unrecognized selector sent to class 0x10766efd0'

輸出結果4：(如果將Person和NSObject的類方法注釋掉，NSObject添加對象同名方法，其余代碼不變)

#Person 文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
//}
@end

#NSObject+Test文件
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

@implementation NSObject (Test)
- (void)test{
    NSLog(@"-[NSObject test] %p",self);
}

//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[NSObject test] %p",self);
//}
@end

輸出結果4：
Person:0x101656010
NSObject:0x102600ea8
-[NSObject test] 0x101656010
-[NSObject test] 0x102600ea8

由此可見，當類方法無實現時，會調用同名的實例方法，上述辯證方法驗證了isa、superclass指向圖中的meta-Root class的superclass指向Root class（上圖實線轉彎處）。

Q：討論isa指針值

從64bit開始，isa需要進行一次位運算，才能計算出真實地址
示例代碼：

struct xbt_objc_class {
    Class isa ;
};

Person *p = [[Person alloc] init];
Class pClass = [Person class];
Class personMetaClass = object_getClass(pClass);
struct xbt_objc_class *pClass1 = (__bridge struct xbt_objc_class *)pClass;
NSLog(@"%p-%p-%p",p,pClass,personMetaClass);

LLDB 命令行查看isa值

(lldb) p p->isa//獲取不到真正的isa指針
(Class) $0 = Person
(lldb) p/x (long)p->isa
(long) $1 = 0x000001a100105311//實例對象isa指針
(lldb) p/x pClass
(Class) $2 = 0x0000000100105310 Person//類對象地址
(lldb) p/x 0x000001a100105311 & 0x0000000ffffffff8//進行換算
(long) $3 = 0x0000000100105310

(lldb) p/x pClass1->isa
(Class) $0 = 0x000001a10402d2e9//類對象isa指針值
(lldb) p/x personMetaClass
(Class) $1 = 0x000000010402d2e8//元類對象isa指針值
(lldb) p/x 0x000001a10402d2e9 & 0x0000000ffffffff8//進行換算
(long) $2 = 0x000000010402d2e8
0x1c0036780-0x102a41310-0x102a412e8

結果可見：
1.實例對象isa值為0x000001a100105311
2.類對象地址為0x0000000100105310
3.換算結果：實例對象isa指針值 &0x0000000ffffffff8才與類對象地址值相同
4.類對象isa指針為0x000001a10402d2e9。(類并沒有暴露出isa指針值，定義了一個和類相似的結構體xbt_objc_class，進行強制轉換后，才獲取到類對象的isa指針)
5.元類對象地址為0x000000010402d2e8
6.換算結果：類對象isa指針值 &0x0000000ffffffff8才與元類對象地址值相同

總結

• 從64bit開始，isa需要進行一次位運算，才能計算出真實地址
• isa指針需要 & ISA_MASK 值才是最終結果
• runtime中ISA_MASK值：

# if __arm64__//iPhone
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__//mac
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL

Q：討論superclass指針值，是否會想isa指針值一樣？

A：superclass指針值與指向對象地址相同，和isa指針值不一樣

代碼證明
前提：student繼承自Person，寫結構體來代替類

struct xht_objc_class {
    Class isa ;
    Class superclass ;
};
struct xht_objc_class *pClass = (__bridge struct xht_objc_class *)[Person class];
struct xht_objc_class *stuClass = (__bridge struct xht_objc_class *)[Student class];
NSLog(@"%p-%p",pClass,stuClass);

LLDB調試

(lldb) p/x stuClass->superclass
(Class) $0 = 0x0000000102299340 Person//Student類的superClass值
(lldb) p/x pClass
(xht_objc_class *) $1 = 0x0000000102299340//Person類地址

綜上所述，Student類的superClass值 = Person類地址

Q：類的本質結構

類的本質是結構體
附上runtime的結構體代碼

#objc_class：objc_object
struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    //方法緩存
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    //用于獲取具體類信息
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags

    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }
    // 諸多方法
}

#class_rw_t
struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint32_t version;

    const class_ro_t *ro;//只讀類表

    method_array_t methods;//方法列表
    property_array_t properties;//屬性列表
    protocol_array_t protocols;//協議列表
     // 諸多方法
}

#class_ro_t
struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;//instance對象占用的內存空間
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    const uint8_t * ivarLayout;
    
    const char * name;//類名
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;//成員變量列表

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
};

#objc_object
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;//類的isa指針是私有的

public:
      // 諸多方法
}

結構體結構

想LLDB命令查看相關類結構，可以采取仿寫類結構進行打印查看

奉上大神的杰作

#import <Foundation/Foundation.h>

#ifndef xbtClassInfo_h
#define xbtClassInfo_h

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
# endif

#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t;
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t cache_key_t;

struct bucket_t {
    cache_key_t _key;
    IMP _imp;
};

struct cache_t {
    bucket_t *_buckets;
    mask_t _mask;
    mask_t _occupied;
};

struct entsize_list_tt {
    uint32_t entsizeAndFlags;
    uint32_t count;
};

struct method_t {
    SEL name;
    const char *types;
    IMP imp;
};

struct method_list_t : entsize_list_tt {
    method_t first;
};

struct ivar_t {
    int32_t *offset;
    const char *name;
    const char *type;
    uint32_t alignment_raw;
    uint32_t size;
};

struct ivar_list_t : entsize_list_tt {
    ivar_t first;
};

struct property_t {
    const char *name;
    const char *attributes;
};

struct property_list_t : entsize_list_tt {
    property_t first;
};

struct chained_property_list {
    chained_property_list *next;
    uint32_t count;
    property_t list[0];
};

typedef uintptr_t protocol_ref_t;
struct protocol_list_t {
    uintptr_t count;
    protocol_ref_t list[0];
};

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;  // instance對象占用的內存空間
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
    const uint8_t * ivarLayout;
    const char * name;  // 類名
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;  // 成員變量列表
    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
};

struct class_rw_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t version;
    const class_ro_t *ro;
    method_list_t * methods;    // 方法列表
    property_list_t *properties;    // 屬性列表
    const protocol_list_t * protocols;  // 協議列表
    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
};

#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {
    uintptr_t bits;
public:
    class_rw_t* data() {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
};

/* OC對象 */
struct xbt_objc_object {
    void *isa;
};

/* 類對象 */
struct xbt_objc_class : xbt_objc_object {
    Class superclass;
    cache_t cache;
    class_data_bits_t bits;
public:
    class_rw_t* data() {
        return bits.data();
    }
    
    xbt_objc_class* metaClass() {
        return (xbt_objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);
    }
};

#endif /* xbtClassInfo_h */