四、Runtime 概念部分 之 Class & Object

本文github地址 https://github.com/ICZhuang/Runtime 朋友们如果喜欢收藏即可,不建议转载,笔者会不定期update文章,github 也会同步更新,喜欢就star一下吧。

除了前面介绍的三部分(Ivar/Property/Method),基础的概念部分其实还应包括 Protocol 和 Category。但笔者打算暂时放下它们。这里想先学习Class & Object的原因有以下几点

  • Ivar/Property/Method 三者是我们平常开发最常见的组成部分,而且足以构成一个完整类;
  • 关于 Ivar/Property/Method 还有一些操作函数,这些函数实际是针对于 Class 或者 Object 的;
  • Protocol、 Category 和前面三者基本是差不多的学习方法;

关于 Runtime 的文章太多了,基本上都会说明三个关键 类对象(Class) 元类对象(Meta Class) 和实例对象(Instance),虽然可能会晕晕乎乎的,但怎么说也有点大概印象,那么在笔者这里只是列举笔者认为的关键点来帮助理解,说白了,也是方便笔者重拾对Runtime的理解。

还要说明一点,要完全剖析 Runtime,笔者认为看源码最合适,奈何笔者不是C、C++大牛,这重任暂时被搁下了,所以笔者写的文章也不会深入的太底层,层面还是来于从网络文章和官方文档加上自己实践验证学习而来的。

从两个结构体开始说起


Runtime 中对对象的定义如下所示,是一个 objc_object 结构体,里面拥有一个 Class 类型的 isa 指针

struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

但笔者理解,这里的对象不要狭隘的理解成是实例对象,因为接下来类的字段也有一个isa

相信在接触 Runtime 之初,大家都听过这么一句话:“拥有这个isa指针的都是对象”,有这样一个解释我觉得很合理:’isa’其实就是 ‘is a’,这倒是挺形象的描述了这句话。。因为,isa 指针就是指向的该对象所属的类。

往下查找 Class 类型,它是一个 objc_class 结构体类型指针,objc_class 结构体如下所示

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;

套路来了,这里笔者还是要假装地提一下这个问题,方便做牵引和说明,就是:“既然对象 isa 指向的是所属的类,怎么类里面还有一个isa?搞事情啊?”

无疑,类拥有了 isa 指针,那么类也是一个对象,称为类对象,相信大家可能听过或者已经了解过了,它在内存中就是一个单例对象。那既然 isa 是指向其类的指针,那类的 isa 指针如何指向?

答案是,类对象的 isa 指向的称为元类(meta class),可以看出,元类也是 Class 类型的。可以说类对象的类型就是它的元类

其实结构体 objc_object 只是定义了 Objective-C 中对象应该长什么样,以此说明类和元类都是对象。任何继承与NSObject的类都有一个'isa'指针,NSObject就是OC层面的‘objc_object’。

内存布局


实例对象也是对象,难道它的实例变量就只有一个isa?那继承NSObject后自己定义的实例变量放在哪里?

这里要先停一下了,推荐大家先看一下这篇博客,了解一个对象在内存的布局和它与类之间的关系,将会有大帮助 因为不想写同样的篇幅,这里放上博客链接 http://www.cnblogs.com/csutanyu/archive/2011/12/12/Objective-C_memory_layout.html

这里附上笔者理解后做的关于RTModel的内存布局,就是指针指来指去。(不知Heap位置放对了没有,因为不知道class对象都放在哪,Heap基于笔者对C的理解)

image-01
image-01

我们定义的那些类,运行时候加载到内存中, 将类中定义的对象方法存到方法列表的 methodLists 字段中,成员变量存到 ivars 中,遵循的协议存到 protocols 中,这些都是 objc_class 结构体就已经定义的

实例对象 instance 可以在内存空间允许的情况下创建多个,实例对象依据类(class)对象而生。但实例对象存放的是实例变量(当然包括了父类声明的成员变量,父类的在前,子类的在后),因为ivar才是各个实例对象不同的地方,像方法这种共用的就放在类中,否则开辟一个实例变量就拷贝一份方法列表,那内存会吃不消的。

调用对象方法,就是给实例对象发送消息,通过在它的类中的方法列表 methodLists 找到方法并执行。

接着可以说说元类(meta class)了,如上面所述,类(class)的isa指向的就是元类。而且元类的结构跟类的结构是一样的。只是在元类的方法列表 methodLists 中,存放的是类中定义的 类方法,而类中的 methodLists 存放的是对象方法。当调用类方法的时候,通过在元类中找到方法并执行。还有关于 Cache,是关于方法的缓存,再深究的话就到讲实现上面了,笔者还没研究那么深呢,哈哈,原谅。

image-02
image-02

可以发现,元类既然也是 Class 类型,那它也应该是类对象,isa指向它的类。那最终isa指向谁呢?这里笔者不负责任的说,上面推荐的博客最下方的图已经比较形象清晰的了。。 或许你还见过那个文档中拷出来的图,跟博客中的是一样的意思,比如这篇博客也有极大帮助http://blog.csdn.net/wzzvictory/article/details/8592492

总结:


  • Runtime 中对对象的概念 和我们开发中念叨的实例对象要分清,这里只是OC对对象的宏观的定义;
  • 实例对象存放着各自的实例变量,但共用 class 对象,实例对象的 isa 指向它的 class 对象;
  • class 的 isa 指向它的元类对象 meta class,meta class的 isa 都指向 NSObject meta class;
  • class 的 super_class 指向其父类的 class,NSObject class的super_class 指向0x0
  • meta class 的 super_class 指向其父类的 meta class, 但 NSObject meta class 的 super_class 指向它自己的类对象(class);
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