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 。

下一篇博客的主要分享的内容是关于 Objective C Runtime中消息和Category 的学习笔记。

本文是关于Objective C Runtime的学习笔记。有不对的地方，欢迎大家指正。
感谢@唐巧_boy和@sunnyxx分享题目。
本文由@Chun发表于Chun Tips .
版权声明：自由转载-非商用-非衍生-保持署名 | Creative Commons BY-NC-ND 3.0

Chun Tips正在使用多说