Objective C的对象模型

Objective C的对象模型

绝大多数对象继承自NSObject,NSObject就是一个包含isa指针的结构体,

每一个id类型就是一个结构体,可以从下图看出


我们再看objc_class是什么,


可以看出objc_class也是一个包含isa(Class类型)的指针的结构体,并且从兼容objc1.0的代码中可以看出来,objc_class还包含了一系列的信息,比如objc_method_list(方法列表),objc_ivar_list(成员变量列表),super_class(父类)

梳理一下,NSObject是一个包含Class指针的对象,Class指针就是结构体objc_class,然后objc_class结构体的结构如上图所示。

因为Class就是objc_class,所以我们可以看出来,每一个objc_class实际上也指向了另一个objc_class。


所以所有的对象都有一个isa实例变量,包含了这个对象的所有信息,比如objc_method_list(方法列表),objc_ivar_list(成员变量列表),super_class(父类),

isa是一个指针,指向了该对象的类.实质上,同一个类的实例,都指向同一个类对象(类也是一种特殊对象,objc_class).类中包含了实例方法,也就是说,同一个类的所有实例共用了这些实例方法.消息就是发送给对象,对象转交给其isa指向类去处理.

Objective-C的这种设计,既可以友好地实现面向对象,又可以有效地节约内存.降低冗余数据.对象对方法的调用是通过isa间接去调用,这样就造成了方法调用的动态性,主要原因是:

一个对象并不晓得它能否应答一个方法,它本身既不包含方法的实现,也不包含有方法的指针,而是间接通过isa转到自己的类才能知道

类中的实例方法是以链表形式存在,运行时候,可以修改链表中的实例方法,

(category就是这么实现的,在方法链表里面添加函数)


好,现在我们再梳理一下,事实上,当我们创建一个通常我们认为的对象的时候,实际上是在堆中申请了空间来存储对象的实例变量,那么对象的实例方法方法在哪儿呢?对象将如何来相应消息呢?

上文说了,每一个对象都有一个isa指针(objc_class,即类对象),这个指针里面包含了所有的实例方法,那还有类方法呢?类对象也有一个isa指针,指向元类,元类就包含了类方法。

可以看看这个图(下面也有),虚线代表isa的指向,实线代表superclass的指向

元类(metaclass)也是一个对象,那么元类的isa指针又指向哪里呢?为了设计上的完整,所有的元类的isa指针都会指向一个根元类(root meta class)。所以可以把root meta class视作一个空的,没有额外定义的类。

该图中,最让人困惑的莫过于Root Class了。在实现中,Root Class是指NSObject,我们可以从图中看出:

NSObject类包括它的对象实例方法。

NSObject的元类包括它的类方法,例如alloc方法。

NSObject的元类继承自NSObject类。

一个NSObject的类中的方法同时也会被NSObject的子类在查找方法时找到。

我们可以看出root class(即NSObject)有isa的指向,但是superclass的指向却是空的,所以不会循环

因为对象在内存中的排布可以看成一个结构体,该结构体的大小并不能动态变化。所以无法在运行时动态给对象增加成员变量。

相对的,对象的方法定义都保存在类的可变区域中。Objective-C 2.0并未在头文件中将实现暴露出来,但在Objective-C 1.0中,我们可以看到方法的定义列表是一个名为methodLists的指针的指针(如下图所示)。通过修改该指针指向的指针的值,就可以实现动态地为某一个类增加成员方法。这也是Category实现的原理。同时也说明了为什么Category只可为对象增加成员方法,却不能增加成员变量。

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