三象鼎力

首先用網(wǎng)上的經(jīng)典圖片鎮(zhèn)樓，并搭配簡單粗暴的名字(我是不是很有才= =)。說起對象，在我們平時編程中可謂是息息相關(guān)。對于OC，我們都知道它是擴充C的面向?qū)ο缶幊陶Z言，然而C是一門面向過程的開發(fā)語言，并沒有類和對象這樣的概念，所以要充分的理解鎮(zhèn)樓圖，我們必須從對象打開局面。

OC中的對象

OC中的對象可分為三大類:實例對象(instance)、類對象(class)、元類對象(meta)

• 實例對象

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

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

obj就是一個實例對象，實例對象就是通過類alloc出來的對象。直接Command點擊NSObject進去可發(fā)現(xiàn)NSObject其實就是一個結(jié)構(gòu)體，并且只有一個Class類型的isa指針(直接Command點擊class可看到Class是一個指針類型)。因為NSObject是一個結(jié)構(gòu)體，而isa又是它的第一個屬性，C功底較好的同學(xué)應(yīng)該不難看出isa的地址應(yīng)該就是obj對象的起始地址(lldb指令不了解的同學(xué)可另行百度)，如圖所示。所以繼承自NSObject的實例對象在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)包括isa指針與其他成員變量的值(ps:這里說的是成員變量的值)。

• 類對象

Class cls = [NSObject class];

typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

cls就是一個類對象。直接點擊Command點擊Class可以看到它是objc_class類型的指針，接著Command點擊objc_class可以發(fā)現(xiàn)它也有一個isa指針。一個類對象在整個程序運行過程中只會存在一個(如圖所示)，不管你調(diào)用多少次class方法，同一個類返回的類對象地址始終是一樣的。
類對象存放著isa指針、superclass指針(一個指向其父類類對象的指針)、所有的屬性信息(ps：這里說的是屬性的信息)和該類的所有對象方法。另外，類對象是通過initialize方法創(chuàng)建出來的，initialize方法在第一個創(chuàng)建該類的實例對象的時候會被調(diào)用且只被調(diào)用一次(可繼承NSObject實現(xiàn)initialize方法自行證明)。

• 元類對象

Class meta = object_getClass([NSObject class]);
meta就是一個元類對象。元類對象需要通過object_getClass這個runtime函數(shù)獲取，在整個程序運行過程中也只存在一個該類的元類對象(如圖所示)。和類對象一樣，元類對象也是Class類型，包括isa指針、superclass指針，不過元類對象存放的是該類所有的類方法。

isa指針

這里也可以這樣說，實例對象的isa存放的是類對象的地址，以此類推類對象的isa和元類對象的isa。我們可以來簡單證明一下。我們創(chuàng)建一個最簡單的NSObject的對象，

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

在調(diào)試欄中(注意讓斷點過掉這行代碼)打印obj的isa的值和obj的類對象的地址結(jié)果如圖:

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 19;
#       define RC_ONE   (1ULL<<45)
#       define RC_HALF  (1ULL<<18)
    };

# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 8;
#       define RC_ONE   (1ULL<<56)
#       define RC_HALF  (1ULL<<7)
    };

arm64是iPhone處理器的架構(gòu)(忽略x86架構(gòu)的，那是mac上的,這里需要連接你的真機設(shè)備),源碼中ISA_MASK就是isa指向的地址的掩碼,
我們清空調(diào)試欄，接著在調(diào)試欄輸入lldb指令(如下圖)，我們首先取到obj的isa(0x000001a1b2c8bea1),然后將其與ISA_MASK按位與得到地址0x00000001b2c8bea0，最后我們直接打印obj的類對象的地址(0x00000001b2c8bea0)，結(jié)果一致。

Ps:掩碼的作用就是用來取到或者修改對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)，如掩碼為0x01，則表示想要取到或者修改第0位的數(shù)據(jù)，與它作按位與操作表示想要取到這一位數(shù)據(jù)，這里isa指向的地址的掩碼是0x00007ffffffffff8，與其按位與即可得到其指向的地址。

superclass指針

107.png

首先我們創(chuàng)建了一個繼承自NSObject的Person類，并獲取它的類對象，然后將其強轉(zhuǎn)成dv_objc_class并將其地址保存在dvPCls指針中，通過lldb指令我們可以看見Person類的類對象的superclass指針指向的確實是NSObjec的類對象地址。

回到主題

現(xiàn)在我們回過頭來看看鎮(zhèn)樓圖，是不是感覺到一目了然？
一個NSObject可產(chǎn)生的對象有三類：instance、class、meta。

• instance中存放著isa和所有對象的值，instance的isa指向的是class。
• class存放著isa、superclass以及NSObject的屬性信息和對象方法。superclass指向其父類，NSObject(Root class)的類對象的superclass指向nil。isa指向的是meta。通過對象調(diào)用對象方法的時候，首先會通過instance的isa找到其class，然后在class中找到對象方法并調(diào)用,沒有找到則會通過superclass一層一層往上找，最終還是找不到的時候就會報錯。
• meta和class類似，只不過它存儲的不是對象方法，而是類方法。并且meta的isa全部指向NSObject的meta(就是圖中Root class的meta)。superclass指向其父類，NSObject(Root class)的元類對象的superclass指向的是其類對象。通過類對象調(diào)用類方法的時候，首先會通過class的isa找到其meta，然后在meta中找到類方法并調(diào)用，沒有找到則會通過superclass一層一層往上找，最終還是找不到的時候就會報錯。

@interface Person : NSObject
+ (void)eat;
- (void)walk;
@end
@implementation Person
+ (void)eat {
    NSLog(@"吃飯");
}
- (void)walk {
    NSLog(@"走路");
}
@end

@interface Student : Person
- (void)examination;
@end
@implementation Student
- (void)examination {
    NSLog(@"考試");
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        [Student eat];
        Student *s = [[Student alloc] init];
        [s examination];
        [s walk];
    }
    return 0;
}

• 首先Student調(diào)用eat類方法會通過Student的類對象的isa指針找到其元類對象，在元類對象里找eat方法，沒有找到，就會通過superclass指針找到其父類Person的元類指針，接著尋找eat方法并執(zhí)行。
• 然后Student的實例對象s調(diào)用對象方法examination會先通過實例對象s的isa指針找到其類對象，并在類對象中找到examination方法并執(zhí)行。
• 最后Student的實例對象s調(diào)用對象方法walk會先通過實例對象s的isa指針找到其類對象，然后在類對象中尋找walk方法，沒有找到會通過superclass指針找到其父類Person的類對象，找到walk方法，并調(diào)用。
  相信這樣一講之后，大家對實例對象、類對象、元類對象以及isa和superclass的了解能有更進一步的了解啦(有錯誤或者更合適的希望各位大神能夠指出)。

小彩蛋

首先大家看一下以下一段代碼

@interface NSObject (DVObject)
@end
@implementation NSObject (DVObject)
- (void)eat {
    NSLog(@"吃飯");
}
@end

@interface Person : NSObject
+ (void)eat;
@end
@implementation Person
@end


int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        [Person eat];
    }
    return 0;
}