iOS类结构分析

本文主要来探索一下iOS中类的结构，作为一个iOS开发者，我们有必要去了解关于类的底层知识。
下面开始我们的探索。

既然要探索类的结构，那么首先需要去苹果官网下载我们所需要的源码,下面我将提供我使用的可编译的objc-781源码。

下面通过创建Person，teacher（继承于Person）先来探索一下每个对象的isa。

代码并不多，0x0000000ffffffff8ULL是isa_t中的ISA_BITFIELD宏定义中的ISA_MASK。在我之前的isa结构分析中有详细解释。

//0x0000000ffffffff8ULL
        
Person *person = [[Person alloc]init];
        
teacher *tea = [[teacher alloc]init];

在上面创建了两个对象，我们通过lldb去探索一下类对象中的isa：

(lldb) x/4gx person
0x10103f9c0: 0x001d8001000022ed 0x0000000000000000
0x10103f9d0: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) p/x 0x001d8001000022ed & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $9 = 0x00000001000022e8
(lldb) po 0x00000001000022e8
Person

(lldb) x 0x00000001000022e8
0x1000022e8: c0 22 00 00 01 00 00 00 40 31 33 00 01 00 00 00  ."......@13.....
0x1000022f8: a0 00 04 01 01 00 00 00 03 00 00 00 2c 80 01 00  ............,...
(lldb) x Person.class
0x1000022e8: c0 22 00 00 01 00 00 00 40 31 33 00 01 00 00 00  ."......@13.....
0x1000022f8: a0 00 04 01 01 00 00 00 03 00 00 00 2c 80 01 00  ............,...
(lldb) x object_getClass(person)
0x1000022e8: c0 22 00 00 01 00 00 00 40 31 33 00 01 00 00 00  ."......@13.....
0x1000022f8: a0 00 04 01 01 00 00 00 03 00 00 00 2c 80 01 00  ............,...
(lldb) p 0x00000001000022e8
(long) $13 = 4294976232
(lldb) x/4gx 0x00000001000022e8
0x1000022e8: 0x00000001000022c0 0x0000000100333140
0x1000022f8: 0x00000001010400a0 0x0001802c00000003
(lldb) po 0x00000001000022c0
Person

在上面的信息中，(lldb)代表我输入的需要打印的信息，下面我来介绍一下每行指代码的信息：
x/4gx person:以4个结果为单位，打印person的内存地址信息，得到的结果中的第一个就是isa的地址信息，isa中存储的是person类对象信息，

p/x 0x001d8001000022ed & 0x0000000ffffffff8ULL：通过与上0x0000000ffffffff8ULL获取类对象地址信息。

po 0x00000001000022e8:打印与上的值，得到的是Person

通过po0x00000001000022e8和0x00000001000022c0这两个地址，我们得到的是Person对象:
那么为什么两个地址打印的都是Person呢？
那么就需要引入元类的概念了，他并没有一个清晰的概念：
这边得到结论：

0x00000001000022c0 为元类，元类是系统给我们的一个重要的东西，对象的isa指向类，类也是一个对象，那么类的对象就是元类。

其中，元类的定义和创建都是由编译器完成，类的归属都来自元类。

(lldb) x/4gx Person.class
0x1000022e8: 0x00000001000022c0 0x0000000100333140
0x1000022f8: 0x00000001010400a0 0x0001802c00000003
(lldb) p/x 0x00000001000022c0 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $31 = 0x00000001000022c0
(lldb) po 0x00000001000022c0
Person
(lldb) x/4gx 0x00000001000022c0
0x1000022c0: 0x00000001003330f0 0x00000001003330f0
0x1000022d0: 0x0000000101104080 0x0004e03500000007
(lldb) p/x 0x00000001003330f0 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $40 = 0x00000001003330f0
(lldb) x/4gx 0x00000001003330f0
0x1003330f0: 0x00000001003330f0 0x0000000100333140
0x100333100: 0x0000000101136650 0x0004e03100000007
(lldb) po 0x00000001003330f0
NSObject

看上面一段信息，我们通过x/4gx打印Person.class的内存地址信息，得到的的isa是0x00000001000022c0。
那么继续通过x/4gx打印0x00000001000022c0的内存信息，得到的又是一个内存信息，然后又继续x/4gx打印0x00000001003330f0的内存信息，得到的isa依然是0x00000001003330f0,通过po打印0x00000001003330f0，得到的是NSObject。

那么从上面的探索过程中，我们从isa对象摸索到类，再从类摸索到元类，从元类中摸索到了NSObject。

那么我们打印一下NSObject的内存地址信息：
(lldb) p/x NSObject.class (Class) $41 = 0x0000000100333140 NSObject

得到的内存信息与上面的到的NSObject信息不一样？那么在上面的到的不是NSObject类，那么是什么呢？
那么结果是：上面的是第二个NSObject类对象。

而iOS中的一个对象的类只有一个，那么这边分析的到的正确的结果是：

isa对象->类（person）->元类(Person)->NSObject(根元类)

那么我们验证一下，iOS中一个类到底存在多少份：

void TestClassNum(){
    Class class1 = [Person class];
    Class class2 = [Person alloc].class;
    Class class3 = object_getClass([Person alloc]);
    NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n%p",class1,class2,class3);
}

输出结果:
0x100003270-
0x100003270-
0x100003270-
0x100003270

从上面的结果可以得到，类对象只存在一个。

那么继续探索tea的isa对象：

(lldb) x/4gx tea
0x100669860: 0x001d80010000233d 0x0000000000000000
0x100669870: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) po 0x001d80010000233d & 0x0000000ffffffff8ULL
teacher

(lldb) p/x 0x001d80010000233d & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $2 = 0x0000000100002338
(lldb) po 0x0000000100002338
teacher

(lldb) x/4gx 0x0000000100002338
0x100002338: 0x0000000100002310 0x00000001000022e8
0x100002348: 0x0000000100669e90 0x0001802c00000003
(lldb) p/x 0x0000000100002310 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $4 = 0x0000000100002310
(lldb) po 0x0000000100002310
teacher

(lldb) x/4gx 0x0000000100002310
0x100002310: 0x00000001003330f0 0x00000001000022c0
0x100002320: 0x000000010070ef30 0x0003e03500000007
(lldb) p/x 0x00000001003330f0 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $6 = 0x00000001003330f0
(lldb) po 0x00000001003330f0
NSObject

从上面的信息中，teacher是继承Person的，而打印的各种信息中，并没有Person类的存在，因此，得到类与类的继承并没有很大的关系，实例对象根本没有继承关系，继承关系来自于类。而他们都继承于NSObject，而NSObject继承自nil（一个坑点，不是继承于自己）。

下面就需要引入一张很经典的图：

![isa流程图]

isa流程图.png

上图中，虚线代表着isa的走位图：
从图可以了解到，任何类都会得到一个类信息（Instance of Subclass）->实例对象的isa就会指向(Subclass)class类->类的isa就会指向(Subclass)meta元类->元类的isa指向的是(Root class)根元类。而根元类指向的是它自己。

父类同样是如此走向，只有NSObject免了一步元类的指向。

那么在了解完isa之后，我们了解一下类的关系：
从图可以明白，所有的实例对象之间没有任何关系，只有类和类之间才存在着继承关系，而他们的元类也存在着继承关系，而根元类指向的是NSObject，万物基于NSObject。