窥探iOS底层实现--instance、class、meta-calss对象的isa和superclass

OC对象的分类主要可以分为三种:

• instance对象 (实例对象)
• class对象 (类对象)
• meta-class对象 (元类对象)

instance

instance对象就是通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象。

NSObject *obj1 = [[NSObject alloc]init];
NSObject *obj2 = [[NSObject alloc]init];
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• obj1、obj2是NSObject的instance对象 (实例对象)
• 它们是不同的两个对象，分别占据两块不同的内存空间

instance对象在内存中存储的信息包括

• isa指针（所有的实例对象都有的。）
• 其他成员变量。

问题： 为什么所有的实例对象内存中都有isa那？

答： 因为所有的OC类都是继承自NSObject，所以每一个集成的类都包含NSObject里面所包含的isa。

///> Person类
@interface Person: NSObject{
@public
    int _age;
}
@end

@implementation Person
@end

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p1 = [[Person alloc]init];
        p1->_age = 3;
        
        Person *p2 = [[Person alloc]init];
        p2->_age = 3;
        
    }
}
return 0;
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• p1 存储的一定是 右侧[[Person alloc]init] 中实例的对象
  • isa指针
  • _age = 3
  • 如果isa的内存地址为0x10010，那么我们的p1的内存地址也是0x10010，因为isa一定在实例对象的第一位，所以isa的内存地址就是person的内存地址。

class

Class对象在内存中存储的信息包括

///> 实例对象
       NSObject *object1 = [[NSObject alloc]init];    ///> 实例对象
       NSObject *object2 = [[NSObject alloc]init];    ///> 实例对象
       
       ///> 类对象
       Class object1Class = [object1 class];          ///> 类对象
       Class object2Class = [object2 class];          ///> 类对象
       Class object3Class = object_getClass(object1); ///> 类对象
       Class object4Class = object_getClass(object2); ///> 类对象
       Class object5Class = [NSObject class];         ///> 类对象
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• isa 指针
• superClass 指针
• 类的属性信息(@property)、类的对象方法信息(instance method)
• 类的协议信息(protocol)、类的成员变量信息(ivar)
  • 成员变量信息：存储的成员变量的类型，名字等，相当于存储的描述信息，只需要存储一份。

    

meta-class

meta-class对象在内存中存储的信息包括

/// 注意： 这个位置我们调用的runtime的object_getClass方法 传入的值是  ！！！类对象！！！
Class objectMeatClass = object_getClass([NSObject class]); ///> 元类对象
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• objectMeatClass是NSObject的meta-class对象（元类对象）
• 每个类在内存中有且只有一个meta-class对象
• meta-class对象和class对象的内存结构是一样的，但是用途不一样，在内存中存储的信息主要包括
  • isa指针
  • superclass指针
  • 类的类方法信息(class method)

    

///> 判断一个对象是否s为元类对象
 BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);
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isa指针

问题1： oc对象的isa指针指向哪里？

问题2： oc类信息存放在哪里？

下面三种isa中一定存在着某种联系的，因为当我们调用一个对象方法 实际上是运用了OC的消息机制：

Person *person = [[Person alloc]init]
[person test];
///> 相当于↓↓↓
objc_msgSend(person, @selector(test));

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并且类的对象方法存储的位置在类对象中，而我们的person是一个实例对象，我们需要通过实例对象isa指针去寻找person的类对象，然后调用存储在类对象中的test类方法。

• instance：实例对象中主要存储的是isa和其他成员变量，isa指针指向着class类对象，
• class： 类对象中主要存储的是isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量。并且类对象的isa指针指向meta-class类对象
• meta-class： 元类对象中存储 isa、superclass、类方法的信息。

从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址

• ISA_MASK:

  

superclass

class对象的superclass指针

• 上图：我们有一个Student对象，并且继承Person对象
• 当Student的Instance对象调用Person对象的方法时
  • 会先通过 Student的instance对象的isa指针去找到Student的class
  • 然后，通过Student类对象superclass 寻找Person的class
  • person中存储着对象方法，找到并实现。
  • student的superclass -> person class
  • person的 superclass -> NSObject class

meta-class对象的superclass指针

• 上图有一个Student对象，并且继承Person对象
• 当Student的Class对象调用Person类的方法时
  • 会先通过 Student的class对象的isa指针去找到Student的meta-class
  • 然后，通过Student的meta-class对象superclass 寻找Person的meta-class
  • person的mete-class中存储着类方法，找到并实现。

总结

• instance 的 isa指针 指向 class

• class 的 isa指针 指向 meta-class

• meta-class的 isa指针 指向 基类的meta-calss

• class的superclass指向父类的class

  • 如果没有父类，superclass指针为nil

• meta-calss的superclass指向父类的meta-calss

  • 基类的meta-class的superclass指向基类的class

• instance调用对象方法的轨迹

  • isa先找到class，方法不存在，就通过superclass找父类

• class调用的类方法的轨迹

  • isa找到meta-class，方法不存在，通过superclass找到父类

问题1： oc对象的isa指针指向哪里？

1. 如果是instance对象： isa指针指向class对象
2. 如果是class对象： isa指针指向meta-class对象
3. 如果是meta-class对象： isa指针指向基类的meta-class对象

问题2： oc类信息存放在哪里？

1. instance对象： 成员变量的具体值
2. class对象： 对象方法、属性、成员变量描述信息、协议信息
3. meta-class对象： 类方法