Objective-C对象isa指针总结

每个Objective-C对象都有一个隐藏的数据结构,这个数据结构是Objective-C对象的第一个成员变量,它就是isa指针。这个指针

指向哪呢?它指向一个类对象(class object

记住它是个对象,是占用内存空间的一个变量,这个对象在编译的时候编译器就生成了,专门来描述某个类的定义),这个类对象包含了Objective-C

对象的一些信息(为了区分两个对象,我把前面提到的对象叫Objective-C对象),包括Objective-C对象的方法调度表,实现了什么协议等

等。这个包含信息就是Objective-C动态能力的根源了。

首先,NSObject的定义是这样的:

@interface NSObject {

Class isa;

}

//把上面的代码简单的转换成C语言就是

struct NSObject{

Class isa;

}

//那个这个Class又是什么呢?在objc.h中我们发现其仅仅是一个结构(struct)指针的typedef定义:

typedefstruct objc_class *Class;

//so,NSObject的定义就可以这样写了:

struct NSObject{

objc_class *isa

}

@interfaceNSObject{

Classisa;

}

//把上面的代码简单的转换成C语言就是

structNSObject{

Classisa;

}

//那个这个Class又是什么呢?在objc.h中我们发现其仅仅是一个结构(struct)指针的typedef定义:

typedefstructobjc_class*Class;

//so,NSObject的定义就可以这样写了:

structNSObject{

objc_class*isa

}

接着往下,我们来看objc_class是个什么东西

struct objc_class {

Class isa;

Class super_class;

const char *name;

long version;

long info;

long instance_size;

struct objc_ivar_list *ivars;

struct objc_method_list **methodLists;

struct objc_cache *cache;

struct objc_protocol_list *protocols;

}

structobjc_class{

Classisa;

Classsuper_class;

constchar*name;

longversion;

longinfo;

longinstance_size;

structobjc_ivar_list*ivars;

structobjc_method_list**methodLists;

structobjc_cache*cache;

structobjc_protocol_list*protocols;

}

在Objective-C中任何的类定义都是对象。即在程序启动的时候任何类定义都对应于一块内存。在编译的时候,编译器会给每一个类生成一个且只

生成一个”描述其定义的对象”,也就是苹果公司说的类对象(class object),他是一个单例(singleton),

而我们在C++等语言中所谓的对象,叫做实例对象(instance object)。对于实例对象我们不难理解,但类对象(class

object)是干什么吃的呢?我们知道Objective-C是门很动态的语言,因此程序里的所有实例对象(instace

objec)都是在运行时由Objective-C的运行时库生成的,而这个类对象(class

object)就是运行时库用来创建实例对象(instance object)的依据。

结论:任何直接或间接继承了NSObject的类,它的实例对象(instacne

objec)中都有一个isa指针,指向它的类对象(class object)。这个类对象(class

object)中存储了关于这个实例对象(instace object)所属的类的定义的一切:包括变量,方法,遵守的协议等等。

但是很奇怪,我们发现在这个objc_class中又看到了isa指针,怎么一层套一层。

这里的isa指向的还是一个objc_class对象,不过这里的对象叫做元类对象(metaclass object).它和类对象(class object)的关系是这样的:  类对象(class object)中包含了类的实例变量,实例方法的定义,而元类对象(metaclass object)中包括了类的类方法(也就是C++中的静态方法)的定义。类对象和元类对象中水果公司当然还会包含一些其它的东西,以后也可能添加其它的内容,但对于我们了解其内存布局来说,只需要记住:类对象存的是关于实例对象的信息(变量,实例方法等),而元类对象(metaclass object)中存储的是关于类的信息(类的版本,名字,类方法等)。要注意的是,类对象(class object)和元类对象(metaclass object)的定义都是objc_class结构,其不同仅仅是在用途上,比如其中的方法列表在类对象(instance object)中保存的是实例方法(instance method),而在元类对象(metaclass object)中则保存的是类方法(class method)。

所有的元类对象(metaclass object)都指向 NSObject的元类对象,到头还是NSObject。一共三次:类对象->元类对象->NSObject元类对象。

下面我以一个有4层继承关系的类的实例变量的内存布局为例.

通过打印D3类的一个实例变量并将那些isa,super_class的地地址记录下来整理得到的关系如下图:

在这里对上图进行一下解释:

矩形表示对象(object),即一块内存;箭头表示指针,isa即isa指针,super表示super_class指针,这些指针是箭头尾部对象

(object)的成员变量,除了“D3实例对象”(最左边的对象),其它对象都是在程序一启动就创建在在内存中的了而且都是单例

(singleton),类对象(class object)和元类对象(metaclass

object)只是用途不一样,其定义都为objc_class结构。

D3对象的内存布局为:从前往后为isa,D1的实例变量,D2的实例变量,D3的实例变量。而isa指针指向的内容就是上图中的“D3类对象”。对于上图,任何类C如果直接或间接继承NSObject 或者其就是NSObject,则有如下结论

1. 类C的类对象(class object)的super_class都指向了类C父类的类对象(class object), NSObject的类对像的super_class指向0x0

2. 类C的类对象(class object)的isa指针都指向他的元类对象(metaclass object)

3. 类C的元类对象(metaclass

object)的super_class指针指向父类的元类对象(metaclass object),

例外:NSObject的元类对象(metaclass object)的super_class指向NSObject的类对象(class

object).

4. 类C的元类对象(metaclass object)的isa指针指都指向NSObject的元类对象(metaclass object)

NSObject的实例对象(虽然它没有实例变量和实例方法但这个对象仍然存在)其super_class指向地址0x0,因为NSObject没有父类, 这满足上面的结论1。

NSObject的实例对象的isa指向了NSObject的元类对象(metaclass object),这满足上面结论2。

NSObject的元类对象(metaclass object)指向了自己,这也满足上面结论4。

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