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刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Class
上一篇笔记讲述了objc runtime中Self 和 Super的细节，本篇笔记主要是讲述objc runtime中关于Object & Class & Meta Class的细节。
习题内容
下面代码的运行结果是?
@interface Sark : NSObject
@end
@implementation Sark
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
NSLog(@"%d %d %d %d", res1, res2, res3, res4);
}
return 0;
}
运行结果为：
2014-11-05 14:45:08.474 Test[9412:721945] 1 0 0 0
这里先看几个概念
什么是 id
id 在 objc.h 中定义如下:
/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
就像注释中所说的这样 id 是指向一个 objc_object 结构体的指针。
id 这个struct的定义本身就带了一个 *, 所以我们在使用其他NSObject类型的实例时需要在前面加上 *， 而使用 id 时却不用。
那么objc_object又是什么呢
objc_object 在 objc.h 中定义如下:
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class isa;
};
这个时候我们知道Objective-C中的object在最后会被转换成C的结构体，而在这个struct中有一个 isa 指针，指向它的类别 Class。
那么什么是Class呢
在 objc.h 中定义如下:
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
我们可以看到 Class本身指向的也是一个C的struct objc_class。
继续看在runtime.h中objc_class定义如下:
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
该结构体中，isa 指向所属Class， super_class指向父类别。
继续看
下载objc源代码，在 objc-runtime-new.h 中，我们发现 objc_class有如下定义:
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
...
...
}
豁然开朗，我们看到在Objective-C的设计哲学中，一切都是对象。Class在设计中本身也是一个对象。而这个Class对象的对应的类，我们叫它 Meta Class。即Class结构体中的 isa 指向的就是它的 Meta Class。
Meta Class
根据上面的描述，我们可以把Meta Class理解为 一个Class对象的Class。简单的说：
- 当我们发送一个消息给一个NSObject对象时，这条消息会在对象的类的方法列表里查找
- 当我们发送一个消息给一个类时，这条消息会在类的Meta Class的方法列表里查找
而 Meta Class本身也是一个Class，它跟其他Class一样也有自己的 isa 和 super_class 指针。看下图：
- 每个Class都有一个isa指针指向一个唯一的Meta Class
- 每一个Meta Class的isa指针都指向最上层的Meta Class（图中的NSObject的Meta Class）
最上层的Meta Class的isa指针指向自己，形成一个回路- 每一个Meta Class的super class指针指向它原本Class的 Super Class的Meta Class。
但是最上层的Meta Class的 Super Class指向NSObject Class本身 - 最上层的NSObject Class的super class指向 nil
解惑
为了更加清楚的知道整个函数调用过程，我们使用clang -rewrite-objc main.m重写，可获得如下代码：
BOOL res1 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isKindOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
BOOL res2 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isMemberOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
BOOL res3 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Sark"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isMemberOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
BOOL res4 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Sark"), sel_registerName("class")), sel_registerName("isMemberOfClass:"), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")));
先看前两个调用：
- 最外层是
objc_msgSend函数，转发消息。 - 函数第一个参数是
(id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class")) - 函数第二个参数是转发的selector
- 函数第三个参数是
((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))
我们注意到第一个参数和第三个参数对应重写的是[NSObject class]，即使用objc_msgSend向 NSObject Class 发送 @selector(class) 这个消息
打开objc源代码，在 Object.mm 中发现+ (Class)class实现如下:
+ (Class)class {
return self;
}
所以即返回Class类的对象本身。看如下输出:
NSLog(@"%p", [NSObject class]);
NSLog(@"%p", [NSObject class]);
2014-11-05 18:48:30.939 Test[11682:865988] 0x7fff768d40f0
2014-11-05 18:48:30.940 Test[11682:865988] 0x7fff768d40f0
继续打开objc源代码，在 Object.mm 中，我们发现 isKindOfClass的实现如下:
- (BOOL)isKindOf:aClass
{
Class cls;
for (cls = isa; cls; cls = cls->superclass)
if (cls == (Class)aClass)
return YES;
return NO;
}
对着上面Meta Class的图和实现，我们可以看出
- 当 NSObject Class对象第一次进行比较时，得到它的isa为 NSObject的Meta Class， 这个时候 NSObject Meta Class 和 NSObject Class不相等。
（这里应为是类函数的调用所以isa是元类， 如果是实例对象isa就不是元类而是类对象）
- 然后取NSObject 的Meta Class 的Super class，这个时候又变成了 NSObject Class， 所以返回相等
所以上述第一个输出结果是 YES 。
我们在看下 ‘isMemberOfClass’的实现:
- (BOOL)isMemberOf:aClass
{
return isa == (Class)aClass;
}
综上所述，当前的 isa 指向 NSObject 的 Meta Class， 所以和 NSObject Class不相等。
所以上述第二个输出结果为 NO 。
继续看后面两个调用:
- Sark Class 的isa指向的是 Sark的Meta Class，和Sark Class不相等
- Sark Meta Class的super class 指向的是 NSObject Meta Class， 和 Sark Class不相等
- NSObject Meta Class的 super class 指向 NSObject Class，和 Sark Class 不相等
- NSObject Class 的super class 指向 nil， 和 Sark Class不相等
所以后面两个调用的结果都输出为 NO 。
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