iOS源码解析：runtime super,isKindOfClass,isMemberOfClass

一 super的本质

先从一个面试题开始探讨super相关的问题。有一个Person类和一个Student类，Student类继承自Person类。现在在Student类的init方法中有如下打印：

NSLog(@"[self class] = %@", [self class]);
NSLog(@"[super class] = %@", [super class]);
NSLog(@"[self superclass] = %@", [self superclass]);
NSLog(@"[super superclass] = %@", [super superclass]);

问打印结果是什么。

按照以前的理解，第一个应该是Student类的类对象，第二个是student类的父类的类对象，也就是Person类的类对象，第三个也是Student类的父类的类对象，第四个是Student类的父类的父类的类对象也就是NSObject类的类对象。

那么真实的打印情况是不是这样？我们看一下：

2018-09-17 15:54:02.224686+0800 TEST[8409:174143] [self class] = Student
2018-09-17 15:54:02.224922+0800 TEST[8409:174143] [super class] = Student
2018-09-17 15:54:02.225040+0800 TEST[8409:174143] [self superclass] = Person
2018-09-17 15:54:02.225922+0800 TEST[8409:174143] [super superclass] = Person

通过打印结果可以看到，第二个和第四个与我之前理解的不一致，这是为什么呢？ [super class] 的打印结果为什么是Student呢？在搞清楚这些问题之前，我们先搞清楚 class 和 superclass 方法的实现。我在runtime的NSObject.mm文件中找到了实现的源码：

/*******************************************************

 + (Class)class {
 return self;
 }

 - (Class)class {
 return object_getClass(self);
 }

 + (Class)superclass {
 return self->superclass;
 }

 - (Class)superclass {
 return [self class]->superclass;
 }
 //通过对象的isa指针获取类的类对象
Class object_getClass(id obj)
 {
 if (obj) return obj->getIsa();
 else return Nil;
 }

Class class_getSuperclass(Class cls)
{
    if (!cls) return nil;
    return cls->superclass;
}
******************************************************/

为了搞清楚super的实现，我在Person类中实现run方法，然后在Student类的init方法中使用 [super run] 来调用，然后将其转化为C++的源码，找到 [super run] 的实现：

((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Student"))}, sel_registerName("run"));

简化一下：

objc_msgSendSuper(__rw_objc_super{
self, 
class_getSuperclass(objc_getClass("Student")}, 
@selector(run));

我们可以看到，这个 objc_msgSendSuper() 函数中传入了两个参数，一个是一个结构体：

__rw_objc_super{
self, 
class_getSuperclass(objc_getClass("Student")}

还有一个就是消息 @selector(run) 。

第一个参数这个结构体中有两个成员变量，一个是self也就是Student实例对象，还有一个是Student类的父类的类对象，也即是Person类的类对象。

struct objc_super {
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
};

[self class]

就是通过实例对象的isa指针找到找到其类对象，所以打印是Student。

[super class]

[self superclass]

这个获取的就是自己的类对象的superclass指针的指向，就是父类的类对象，所以打印是Person。

[super superclass]

BOOL res1 = [[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
        BOOL res2 = [[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
        BOOL res3 = [[Person class] isKindOfClass:[Person class]];
        BOOL res4 = [[Person class] isMemberOfClass:[Person class]];

        NSLog(@"%d, %d, %d, %d", res1, res2, res3, res4);

我们首先看一下打印结果：

1, 0, 0, 0

在分析这个问题之前，我们先查看 isMemberOfClass: 和 isKindOfClass: 的源码来搞明白其具体实现：

/*******************************************
//object_getClass()取得的是对象的isa指针指向的对象，也就是判断传入的类对象的元类对象是否与传入的这个对象相等，所以这个cls应该是元类对象才有可能相等
 + (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
 return object_getClass((id)self) == cls;
 }

 判断传入的实例对象的类对象是否与传入的对象相等，所以cls只有可能是类对象才有可能相等
 - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
 return [self class] == cls;
 }

//循环判断传入的类对象的元类对象及其父类的元类对象是否等于传入的cls
 + (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
 for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
 if (tcls == cls) return YES;
 }
 return NO;
 }

//循环判断实例对象的父类的类对象是否等于传入的对象cls，也就是判断实例对象是否是cls及其子类的一种
 - (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
 for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
 if (tcls == cls) return YES;
 }
 return NO;
 }
****************************************/

通过这个两个方法的源码我们可以知道， isMemberOfClass: 是检测方法调用者对象的类是否等于传入的这个类。 isKindOfClass: 是判断方法调用者对象的类是否等于传入的这个类或者其子类。还有一个适用于这四个方法的一点是，如果方法调用者是实例对象，那么传入的就应该是类对象；如果方法调用者是类对象，那么传入的就应该是元类对象。

下面先从第二个开始分析：

[[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];

方法调用者是 [NSObject class] 也就是类对象，但是传入的参数也是类对象，所以很显然打印结果是0。
带三个：

[[Person class] isKindOfClass:[Person class]];

方法的调用者是类对象，传入的参数也是类对象，所以打印结果是0。

第四个：

[[Person class] isMemberOfClass:[Person class]];

方法调用者是类对象，传入的参数也是类对象，所以打印的是0。

最后来看第一个：

[[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];

按照和上面一样的分析，方法调用者和传入的对象都是类方法，那么应该打印0才对呀，为何会打印1呢？我们回过头去看一下 + (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls; 的实现：

//循环判断传入的类对象的元类对象及其父类的元类对象是否等于传入的cls
 + (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
 for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
 if (tcls == cls) return YES;
 }
 return NO;
 }

//Person.m
- (void)print{

    NSLog(@"my name is %@", self.name);

}

问题是下面这段代码的打印结果：

//ViewController.m
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    id cls = [Person class];
    void *obj = &cls;

    [(__bridge id)obj print];

}

如果在正常工作中写出这种代码会被炒鱿鱼的，绕来绕去非常古怪，但是如果是学习的话还是可以好好探究一番。

首先我们还是来看一下打印结果吧：

 my name is 

  
 
   0x7fd18a50a550>
 
   


  

通过打印结果，这里面有两个疑惑：

• 1.print是一个实例方法但是代码中自始至终没有创建实例对象，只有一个类对象，那么为什么能够调用对象方法呢？

• 2.即使能够调用对象方法，为什么打印出来的是ViewController的地址呢？

下面我们先来分析一下

id cls = [Person class];
    void *obj = &cls;

这两句代码。

首先创建了一个id类型的cls指针指向Person类对象。然后又创建了一个指针变量obj，obj中存放的是cls的地址，用图表示其结构如下：

然后我们再看下面一句代码：

Person *person = [[Person alloc] init];

这里创建了一个Person类型的指针变量指向alloc出来的Person实例对象。Person实例对象的结构其实就是一个结构体，这个结构体里面存放着isa指针和成员变量，具体到Person实例对象，这个实例对象中存放着指向Person类对象的isa指针和_name成员变量。由于person对象的第一个成员变量是isa指针，所以person指针指向的其实就是isa指针所在的内存，所以其结构图如下：

NSString *str = @"test";

    id cls = [Person class];
    void *obj = &cls;

    [(__bridge id)obj print];

看一下打印结果：

my name is test

这就很神器了，居然打印出来的死str字符串的值，那么我们再试着在cls指针前面创建一个NSObject对象试试：

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

    id cls = [Person class];
    void *obj = &cls;

    [(__bridge id)obj print];

打印结果：

my name is 

  
 
   0x6040000074c0>
 
   


  

打断点后证实object对象的地址正是打印的地址，也就是打印的是object对象，这就很玄乎了。

我们先来搞清楚一个问题，栈空间的分配是从高地址开始分配还是低地址开始分配？我们试验一下便知道：

NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *obj2 = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *obj3 = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *obj4 = [[NSObject alloc] init];

    NSLog(@"%p, %p, %p, %p", &obj1, &obj2, &obj3, &obj4);

打印结果：

0x7ffeeec26ac8, 0x7ffeeec26ac0, 0x7ffeeec26ab8, 0x7ffeeec26ab0

obj1，obj2，obj3，obj4都是局部变量，分配在栈区，可以看到，obj1的地址位最高，是 0x7ffeeec26ac8 ，由于指针变量占8字节，所以obj2的地址是在此基础上减8，也就是 0x7ffeeec26ac0 ，obj3的地址是在obj2的基础上减8。

这就说明栈区的内存是从高地址到低地址分配的。

我们再来分析下下面代码的内存关系：

NSString *str = @"test";

    id cls = [Person class];
    void *obj = &cls;

    [(__bridge id)obj print];

[super viewDidLoad];

objc_msgSendSuper({self,
    class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))},
    @selector(viewDidLoad))

struct objc_super{
        self,
        class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))
    };