要了解OC对象的底层结构,那么我们就得知道:OC本质底层实现转化其实都是C/C++代码。
我们知道其都是C/C++代码之后,我们只要将OC代码转换为C/C++代码之后再对其进行研究不就简单了,下面就一步一步来吧。
我们先简单的创建一个OC项目,并在里边创建一个继承自NSObject
的类LGPerson
:
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp //把⽬标⽂件编译成c++⽂件
在这里我们要知道OC中的.h
文件只是一个对外共享数据的接口罢了,.m
文件才是真正需要编译的文件。
这种方式比较简单直接但是如果引用到OC的系统库像UIKit
之类的会报错,解决报错需要加一坨参数:
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m
编译成功了之后就会出现这样的一个.cpp
文件,这就是转换后的C++文件了:
Xcode安装的时候顺带安装了xcrun
命令,xcrun
命令在clang
的基础上进⾏了⼀些封装,要更好⽤⼀些:
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o
main-arm64.cpp //(模拟器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o mainarm64.cpp //(⼿机)
编译之后也会出现相应的.cpp
文件,我没用这个所以没有截图…
然后我们点开这个生成的对应的.cpp
文件,开始研究!
点开.cpp
文件之后在里面找到我们刚才定义的继承类:
通过这个LGPerson
类我们发现:
LGPerson
类底层是struct LGPerson_IMPL
结构体。@interface LGPerson : NSObject
,LGPerson
继承NSObject
底层是typedef struct objc_object LGPerson;
这样体现的。由此可见:OC对象的本质就是结构体。
我们再顺藤摸瓜,找到struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
这个类型:
struct NSObject_IMPL
结构体事实上是一个Class
类型的isa
指针,那么也就是说明,每一个新定义的类,它对应的结构体中都会有一个这个Class
类型的isa
指针。
并且NSObject
底层是struct objc_object
结构体。
同时我们通过查找objc源码找到:
struct objc_class : objc_object {
...省略无关代码
// Class ISA; //ISA(从objc_object继承过来的)
Class superclass; //指向其父类
cache_t cache; //缓存
class_data_bits_t bits; //类的数据
...省略无关代码
}
可以看出objc_class
是继承objc_object
的。
看到这我们先来浅总结一下:
Class
类的isa
指针。Class
底层是struct objc_class *
类型,NSObject
底层是struct objc_object
结构体,id
底层是struct objc_object *
类型。struct objc_object
的实现是:struct objc_object {
Class _Nonnull isa __attribute__((deprecated));
};
也就是说NSObject
底层实现的结构体里只有一个成员变量isa
,又因为Class
底层是struct objc_class *
类型,所以 NSObject
的本质是objc_class
。
id
底层实现是struct objc_object *
类型,怪不得声明id
类型变量时 后面不用再加"*"了,因为它定义的时候就定义为了一个Class
的指针。SEL
是struct objc_selector *
类型。IMP
是void (*)(void )
函数指针类型。接下来再来看看我们定义的KCName
属性的getter
、setter
方法的底层实现:
LGPerson * self
,SEL _cmd
,所有OC方法都有这两个隐藏参数,所以我们可以在OC的方法中使用self
指针,但是这两个参数对外是不显示的。getter
和setter
里是通过首地址指针+对应成员变量的地址值指针的偏移量的方式取和存的,最终通过(*(NSString **)
还原为string
类型。取值的过程就是:先拿到当前成员变量的地址,再去取这个地址里面所存的值。objc_class
继承自objc_object
,其中objc_object
也是一个结构体,而且有一个isa属性,所以objc_class
也拥有了isa属性。objc_class
类型,所以NSObject也拥有了isa属性。objc_object
的特性(有isa属性),主要是因为isa是由NSObject从objc_class
继承过来的,而objc_class
继承自objc_object
,objc_object
有isa属性,所以对象都有一个isa,isa 表示指向,来自于当前的objc_object
。objc_object
是当前的根对象,所以所有的对象都拥有isa 属性。objc_object
为模板继承过来的。objc_object
的结构体类型,所以objc_object
与对象的关系是继承关系。首先看一下runtiem
底层的数据结构:
上边说到的objc_class
最终没在.cpp
文件中找到,其大概就是这样:
struct objc_class : objc_object {
...省略无关代码
// Class ISA; //ISA(从objc_object继承过来的)
Class superclass; //指向其父类
cache_t cache; //缓存
class_data_bits_t bits; //类的数据
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
...省略无关代码
}
从上面的结构体,可以看出:类是一个结构体,里面存放了isa、superClass、cache、bits等。
继承自objc_object
的isa指针,不仅实例对象中有,类对象中也有,占8字节。
isa
指针保存着指向类对象的内存地址,类对象全局只有一个,因此每个类创建出来的对象都会默认有一个isa
属性,保存类对象的地址,也就是class
,通过class
就可以查询到这个对象的属性和方法,协议等;
isa
分两种类型(isa指针是什么含义的时候):
isa
:64位的0或者1的整体内容代表所指向的Class
的地址,也就是可以通过isa的内容来获得类对象的地址。isa
:isa
的值的部分代表Class
的地址,之所以这样是因为我们在寻址过程中,只有三四十位数就可以保证我们寻找到所有Class
地址了,多出来的位可以用来存储其他相关内容,来达到节省内存的目的。每个OC对象都含有一个isa
指针,__arm64__
之前,isa
仅仅是一个指针,保存着对象或类对象内存地址,在__arm64__
架构之后,apple对isa
进行了优化,变成了一个共用体(union)结构,同时使用位域来存储更多的信息。
union isa_t
{
Class cls;
uintptr_t bits;
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;//->表示使用优化的isa指针
uintptr_t has_assoc : 1;//->是否包含关联对象
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;//->是否设置了析构函数,如果没有,释放对象更快
uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000 ->类的指针
uintptr_t magic : 6;//->固定值,用于判断是否完成初始化
uintptr_t weakly_referenced : 1;//->对象是否被弱引用
uintptr_t deallocating : 1;//->对象是否正在销毁
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;//1->在extra_rc存储引用计数将要溢出的时候,借助Sidetable(散列表)存储引用计数,has_sidetable_rc设置成1
uintptr_t extra_rc : 19; //->存储引用计数,实际的引用计数减一,存储的是其对象以外的引用计数
};
};
nonpointer
:用来标记这个对象是不是tagpointer
类型的对象,因为iOS对oc对象进行了优化处理,有些对象是tagpointer
类型的,因此这些对象是没有isa
指针的,tagpointer
的内存一般是在栈中的,而不是在堆里面;tagpointer
对象一般是NSNumber
类型的数值较小的数,或NSString
类型的较小的字符串。has_assoc
:用来标记有没有关联对象。has_cxx_dtor
:该对象是否有C++或者Objc的析构器,如果有析构函数,则需要做析构逻辑,如果没有,则可以更快的释放对象。shiftcls
:存储的isa
指针地址,也就是类对象的地址。magic
:用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间。weakly_referenced
:对象是否被指向或者曾经指向一个ARC的弱变量,没有弱引用的对象可以更快释放。deallocating
:标志对象是否正在释放内存。has_sidetable_rc
:标记对象是否使用了Sidetable
,当对象引用计数大于10时,则需要借用该变量存储进位。extra_rc
:当表示该对象的引用计数值,实际上是引用计数值减1, 例如:如果对象的引用计数为10,那么extra_rc
为9。如果引用计数大于10,则需要使用到下面的 has_sidetable_rc
。下面进入initInstanceIsa
的探索,首先查看它的源码实现:
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
initInstanceIsa
的源码实现中,主要是调用了initIsa
,继续跳到initIsa
的源码:
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
}
源码主要是初始化isa
,两种方式:
cls
初始化:nonpointer
,存储着Class
、Meta-Class
对象的内存地址信息。bits
初始化:nonpointer
,进行一系列的初始化操作。superclass指向该对象或该类的父类,class*
本身也是一个指针,占8字节。
cache
缓存,追踪进去看一下cache_t
结构体的类型,而不是结构体指针类型(占8字节),就需要计算一下了:
struct cache_t {
struct bucket_t *_buckets; // 8 散列表
mask_t _mask; // 4 散列长度-1
mask_t _occupied; // 4 已经缓存的方法数量
}
#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t; // x86_64 & arm64 asm are less efficient with 16-bits
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
struct bucket_t {
private:
// IMP-first is better for arm64e ptrauth and no worse for arm64.
// SEL-first is better for armv7* and i386 and x86_64.
#if __arm64__
MethodCacheIMP _imp;//函数的内存地址
cache_key_t _key;//SEL作为key
#else
cache_key_t _key;//SEL作为key
MethodCacheIMP _imp;//函数的内存地址
#endif
}
cache_t
的类型,由代码中标注的出来的内存大小,可以算出最后计算出的cache类的内存大小为 12 + 2 + 2 = 16 字节。
同时这里引入了bucket_t
(散列表),cache_t
哈希表结构,哈希表内部存储的bucket_t
,bucket_t
中存储的是SEL
和IMP
的键值对。
class_data_bits_t
作为属性bits
的类型,也是个结构体,其数据结构如下:
struct class_data_bits_t {
friend objc_class;//这里声明objc_class为class_data_bits_t的友元类,使得objc_class可以访问class_data_bits_t中的私有方法
uintptr_t bits;
......
从源码中可以看到,class_data_bits_t
有一个属性uintptr_t bits
,bits
的类型是uintptr_t
类型数据,那么uintptr_t
是什么数据结构呢?以下是通过查看一些资料得到的解释:
是无符号整数类型,能够存储指针。这通常意味着它与指针的大小相同。 它可选地在C++ 11和更高版本的标准中定义。 想要一个可以保存体系结构指针类型的整数类型的常见原因是对指针执行特定于整数的操作,或者通过将指针提供为整数“句柄”来模糊指针的类型。
这里面其实利用位域存储数据,简单来说因为这个bits跟指针大小相同,在iOS中指针大小是8个字节,也就是64位,但是通常单一数据无法用满这64位的,会有很多空位,造成空间浪费。通过位运算,把不同的数据按不同的位置存进这64位内存空间的不同位置里,这样就可以提高内存利用率。这里的bits其实就是这样的,他不只存储class_rw_t
结构体指针,还存储其他的信息。
看到这里我们获取会有一些疑惑,那就是类结构里面我们没有看到方法列表、属性列表甚至成员列表等,那这些东西存在哪里呢?由前面分析知道bits里有个class_rw_t
指针,而且objc_class
里面的data
和getData
方法都涉及到class_rw_t
的读写:
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint16_t witness;
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
uint16_t index;
#endif
explicit_atomic<uintptr_t> ro_or_rw_ext;
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
private:
using ro_or_rw_ext_t = objc::PointerUnion<const class_ro_t *, class_rw_ext_t *>;
const ro_or_rw_ext_t get_ro_or_rwe() const {
return ro_or_rw_ext_t{ro_or_rw_ext};
}
void set_ro_or_rwe(const class_ro_t *ro) {
ro_or_rw_ext_t{ro}.storeAt(ro_or_rw_ext, memory_order_relaxed);
}
void set_ro_or_rwe(class_rw_ext_t *rwe, const class_ro_t *ro) {
// the release barrier is so that the class_rw_ext_t::ro initialization
// is visible to lockless readers
rwe->ro = ro;
ro_or_rw_ext_t{rwe}.storeAt(ro_or_rw_ext, memory_order_release);
}
class_rw_ext_t *extAlloc(const class_ro_t *ro, bool deep = false);
public:
void setFlags(uint32_t set)
{
__c11_atomic_fetch_or((_Atomic(uint32_t) *)&flags, set, __ATOMIC_RELAXED);
}
void clearFlags(uint32_t clear)
{
__c11_atomic_fetch_and((_Atomic(uint32_t) *)&flags, ~clear, __ATOMIC_RELAXED);
}
// set and clear must not overlap
void changeFlags(uint32_t set, uint32_t clear)
{
ASSERT((set & clear) == 0);
uint32_t oldf, newf;
do {
oldf = flags;
newf = (oldf | set) & ~clear;
} while (!OSAtomicCompareAndSwap32Barrier(oldf, newf, (volatile int32_t *)&flags));
}
class_rw_ext_t *ext() const {
return get_ro_or_rwe().dyn_cast<class_rw_ext_t *>();
}
class_rw_ext_t *extAllocIfNeeded() {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (fastpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) {
return v.get<class_rw_ext_t *>();
} else {
return extAlloc(v.get<const class_ro_t *>());
}
}
class_rw_ext_t *deepCopy(const class_ro_t *ro) {
return extAlloc(ro, true);
}
const class_ro_t *ro() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (slowpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->ro;
}
return v.get<const class_ro_t *>();
}
void set_ro(const class_ro_t *ro) {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
v.get<class_rw_ext_t *>()->ro = ro;
} else {
set_ro_or_rwe(ro);
}
}
const method_array_t methods() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->methods;
} else {
return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseMethods()};
}
}
const property_array_t properties() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->properties;
} else {
return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProperties};
}
}
const protocol_array_t protocols() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->protocols;
} else {
return protocol_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProtocols};
}
}
};
从这个结构体可以看到,其中有const method_array_t methods()
、const property_array_t properties()
等这样的方法,因此可以推测类结构中的方法列表、属性列表是从这里获取的。以const method_array_t methods()
为例,获取类的实例方法也是通过调用methods()
来获取的。比如说runtime
函数class_copyMethodList
,其代码如下:
Method *
class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
{
unsigned int count = 0;
Method *result = nil;
if (!cls) {
if (outCount) *outCount = 0;
return nil;
}
mutex_locker_t lock(runtimeLock);
const auto methods = cls->data()->methods();
ASSERT(cls->isRealized());
count = methods.count();
if (count > 0) {
result = (Method *)malloc((count + 1) * sizeof(Method));
count = 0;
for (auto& meth : methods) {
result[count++] = &meth;
}
result[count] = nil;
}
if (outCount) *outCount = count;
return result;
}
其中const auto methods = cls->data()->methods()
就是通过class_rw_t
的methods()
方法获取实例方法列表。但是在class_rw_t
结构体中,我们并没有看到结构体里由存储方法列表相关的属性。反而是在methods()
方法里看到读取方法列表是从class_rw_ext_t
或者class_ro_t
结构体。其实不只是methods
,包括properties
和protocols
也是一样的。那么他们之间到底有什么关系呢?
接下来我们先来看看class_rw_ext_t
和class_ro_t
的数据结构,看看为什么class_rw_t
可以从他们这里读取类相关信息。
class_rw_ext_t
是个结构体,其数据结构如下:
struct class_rw_ext_t {
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
char *demangledName;
uint32_t version;
};
由此可知,结构体class_rw_ext_t
中的确有方法列表、属性列表和协议等信息,而且还有一个class_ro_t
指针,接下来继续看class_ro_t
。
以下是class_ro_t
的结构体:
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
// This field exists only when RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER is set.
_objc_swiftMetadataInitializer __ptrauth_objc_method_list_imp _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
_objc_swiftMetadataInitializer swiftMetadataInitializer() const {
if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
return _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
} else {
return nil;
}
}
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
class_ro_t *duplicate() const {
if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
size_t size = sizeof(*this) + sizeof(_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0]);
class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
ro->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0] = this->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
return ro;
} else {
size_t size = sizeof(*this);
class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
return ro;
}
}
};
这里面我们发现class_ro_t
不仅有baseMethodList
、 baseProtocols
、baseProperties
等信息,还有成员变量const ivar_list_t * ivars
等其他信息。在了解他们的结构之后,我们从结构上简单做一下它们之间关系的分析:首先class_rw_t
有一个指针ro_or_rw_ext
,ro_or_rw_ext
指向可能是class_rw_ext_t
或者是class_ro_t
。ro_or_rw_ext
指针的作用是,当读取类相关信息时,会优先判断是否指向class_rw_ext_t
,如果是class_rw_ext_t
就从它读取,没有就是class_ro_t
,直接从class_ro_t
读取。那么在程序运行中到底ro_or_rw_ext
什么时候是class_rw_ext_t
,什么时候是class_ro_t
呢?其实WWDC2020有过对这三个数据结构的介绍,下面会做简单的总结。
要了解它们之间的关系,我们首先要了解几个关键跟它们相关的概念。
class_ro_t
中的“ro”代表只读;class_rw_t
中的“rw”代表可读可写;class_rw_ext_t
中的“rw_ext”代表可读可写的扩展。Class
本身是运行时加载的,在运行时会被改变,所以本身Class
就是属于脏内存。那么如果想要获取Class
的干净内存,也就是编译时确定的数据结构包括方法列表、成员变量等的,该怎么办?class_ro_t
的作用。因为class_ro_t
是只读,意味着 class_ro_t
是从mach-o
读取类的数据之后,就不会被改变。那如果我们想在运行时修改类的信息,比如添加方法,比如加载category
怎么办呢?那这时候就有一个与之对应的class_rw_t
结构,class_rw_t
可以在运行时存储类的信息,可读可写的,可以在运行时修改。class_rw_ext_t
,这个东西又是干什么用的呢?存在的意义是什么?其实还是跟运行时有关。实际上在我们的app运行中,需要运行时修改的类是非常少的,据统计平均大概就10%左右。那也就是说大部分只需要读取class_ro_t
中的数据就够了,少部分才需要修改。因此才会有class_rw_ext_t
这个扩展的结构体。class_rw_ext_t
的作用是这样的:当我们需要修改类结构时,比如添加方法、加载category
等时,class_rw_t
回去开辟一个额外的空间rwe(class_rw_ext_t)
,用于存储新的方法和class_ro_t
中的方法等信息。这样做的目的有一个好处就是,对于绝大部分类是不需要这个开辟class_rw_ext_t
这个结构体,节省内存。Class(objc_class)
结构,然后把类编译时的类数据映射到class_ro_t
,class_ro_t
结构体指针存储到Class
的bits
指针中,我们前面提到类的bits
中存储的是class_rw_t
指针,实际上在类初始化之前这里存储的是class_ro_t
,等到类初始化的时候会创建一个class_rw_t
结构,然后通过data()
从bits
中读取class_ro_t
,然后class_rw_t
通过set_ro(const class_ro_t *ro)
把指针ro_or_rw_ext
指向这个class_ro_t
,然后Class
通过setData()
把class_rw_t
指针存储到bits
里面。然后在运行时根据需要,根据extAllocIfNeeded
或extAlloc
创建class_rw_ext_t
,然后把class_ro_t
关联到class_rw_ext_t
,这就是大概流程。OC类的加载流程因为category
是运行时添加的,他只能操作class_rw_t
结构,但是class_rw_t
结构没有添加成员变量的入口。成员变量是存储在class_ro_t
中的,是无法被修改的,所以category
就不能添加成员变量。
通过上述的源码解析,都应该清楚了类数据的存储结构,具体的可以看看这个:iOS底层原理之类的结构分析,大概总结总结一下结构关系,如下图所示:
我们先定义两个类:
NSObject
的类LGPerson
:#import <Foundation/Foundation.h>
@interface LGPerson : NSObject {
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *lg_name;
- (void)sayHello;
+ (void)sayBye;
@end
#import "LGPerson.h"
@implementation LGPerson
- (void)sayHello {
}
+ (void)sayBye {
}
@end
LGPerson
的类LGTeacher
:#import <Foundation/Foundation.h>
#import "LGPerson.h"
@interface LGTeacher : LGPerson
@end
#import "LGTeacher.h"
@implementation LGTeacher
@end
main
中分别用两个定义两个对象:person
和teacher
:int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
LGPerson *person = [[LGPerson alloc] init];
LGTeacher *teacher = [[LGTeacher alloc] init];
NSLog(@"Hello, World! %@ - %@", person, teacher);
}
return 0;
}
首先,我们先通过一个案例的lldb
调试先引入元类。
main
中LGTeacher
部分加一个断点,运行程序。lldb
调试,调试的过程如下图所示。p/x 0x0100000100008239 & 0x00007ffffffffff8ULL
与p/x 0x0000000100008210 & 0x00007ffffffffff8ULL
中的类信息打印出来的都是LGPerson
?一个是实例变量的isa
指向,一个是该类的isa
指向为什么输出的是同一个类呢?0x0100000100008239
是person
对象的isa
指针地址,其&
后得到的结果是创建person
的类LGPerson
。0x0000000100008210
是isa
中获取的类信息所指的类的isa
的指针地址,即LGPerson
类的类的isa
指针地址,在Apple中,我们简称LGPerson
类的类为元类
。LGPerson
的根本原因就是因为元类
导致的。下面来解释什么是元类:
isa
是指向类,类的其实也是一个对象,可以称为类对象
,其isa
的位域指向苹果定义的元类
。元类
是系统给的,其定义和创建都是由编译器完成,在这个过程中,类的归属来自于元类
。元类
是类对象 的类,每个类都有一个独一无二的元类用来存储类方法的相关信息。元类
本身是没有名称的,由于与类相关联,所以使用了同类名一样的名称。于是有了下面的图:
对象 --> 类 --> 元类 --> NSobject,NSObject指向自身。
从图中可以看出,最后的根元类是NSObject
,这个NSObject
与我们日开开发中所知道的NSObject
是同一个吗?
我们来通过代码验证一下:
Class class1 = [LGPerson class];
Class class2 = [LGPerson alloc].class;
Class class3 = object_getClass([LGPerson alloc]);
NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n", class1, class2, class3);
从结果中可以看出,打印的地址都是同一个,所以NSObject
只有一份,即NSObject
(根元类)在内存中永远只存在一份,由于类的信息在内存中永远只存在一份,所以类对象只有一份。
根据上面的探索以及各种验证,对象、类、元类、根元类的关系如下图所示:
实例对象(Instance of Subclass)
的isa
指向类(class)
类对象(class)
的isa
指向元类(Meta class)
元类(Meta class)
的isa
指向根元类(Root metal class)
根元类(Root metal class)
的isa
指向它自己本身,形成闭环,这里的根元类就是NSObject
类
之间的继承关系:
类(subClass)
继承自父类(superClass)
父类(superClass)
继承自根类(RootClass)
,此时的根类是指NSObject
根类
继承自nil
,所以根类即NSObject
可以理解为万物起源,即无中生有元类
也存在继承,元类之间的继承关系如下:
子类的元类(metal SubClass)
继承自父类的元类(metal SuperClass)
父类的元类(metal SuperClass)
继承自根元类(Root metal Class)
根元类(Root metal Class)
继承于根类(Root class)
,此时的根类是指NSObject
【注意】实例对象之间没有继承关系,类之间有继承关系。
对象方法,属性,成员变量,协议信息 存放在class
对象中。
类方法,存放在meta-class
对象中。
成员变量的具体值,存放在instance
对象中。
我可能有的说的还不太清楚,理解了一部分之后可以看看这个博客:iOS runtime总结数据结构,消息传递、转发和应用场景,我觉得说的很容易理解。