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iOS中类、元类、isa详解

类相信大家都知道是什么,如果看过runtime的源码或者看过相关的文章对isa肯定也不陌生,不过元类(meta class)大家可能就比较陌生了。不过大家也不要担心,我会细细道来,让大家明白它到底是个什么东西。

先看一段大家非常熟悉的代码:

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Person *person = [[Person alloc] init];

为什么Person类名就能调用到alloc方法吗?到底怎么找到了alloc的方法了呢?

1.首先,在相应操作的对象中的缓存方法列表中找调用的方法,如果找到,转向相应实现并执行。

2.如果没找到,在相应操作的对象中的方法列表中找调用的方法,如果找到,转向相应实现执行

3.如果没找到,去父类指针所指向的对象中执行1,2.

4.以此类推,如果一直到根类还没找到,转向拦截调用,走消息转发机制。

5.如果没有重写拦截调用的方法,程序报错。

上边是我从网上一篇文章摘录的查找alloc的方法的大体过程。如果是实例方法(声明以-开头)这个描述的换个过程还是可以的,不过如果是类方法(声明以+开头比如alloc方法)还是有所欠缺的!

元类

元类也是类,是描述Class类对象的类。

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Class aclass = [Person class];

所以Class meta = object_getClass(aclass)得到的就是元类,与Class metaClass = objc_getMetaClass(name)得到的结果一致。

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Person *person = [[Person alloc] init];
Class class = [Person class];
Class a = object_getClass(person);
Class b = object_getClass(class);//元类
Class c = objc_getMetaClass(object_getClassName(person));//b与c一样都是元类
BOOL aBOOL = class_isMetaClass(a);//NO
BOOL bBOOL = class_isMetaClass(b);//YES

一切皆对象。每一个对象都对应一个类。 Person 类就是person变量对象的类,换句话说就是person对象的isa指向Person对应的结构体的类;aclass也是对象,描述它的类就是元类,换句话说aclass对象的isa指向的就是元类
元类保存了类方法的列表。当一个类方法被调用时,元类会首先查找它本身是否有该类方法的实现,如果没有则该元类会向它的父类查找该方法,直到一直找到继承链的头。(回答文章上边查找方法所欠缺的地方)

图

这张图是非常精髓的,直接诠释了元类和isa。大家可以一边阅读本文,一边回忆此图,多看几遍。

clang之后的代码

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static void OBJC_CLASS_SETUP_$_Cat(void ) {
OBJC_METACLASS_$_Cat.isa = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;//meta class的isa指向NSObject的metal class
OBJC_METACLASS_$_Cat.superclass = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
OBJC_METACLASS_$_Cat.cache = &_objc_empty_cache;
OBJC_CLASS_$_Cat.isa = &OBJC_METACLASS_$_Cat;//Cat 的Class对象的isa指向他的meta class
OBJC_CLASS_$_Cat.superclass = &OBJC_CLASS_$_NSObject;
OBJC_CLASS_$_Cat.cache = &_objc_empty_cache;
}

通过以上的clang之后的代码也可以看出isa的指向与图片的是相对应的

上边都是概念性质偏多,不知道大家理解的如何。现在看一个实例来具体介绍上边的内容。

代码示例

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// Created by FlyOceanFish on 2018/1/9.
// Copyright © 2018年 FlyOceanFish. All rights reserved.
//
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
@interface Person: NSObject
@end
@implementation Person
+ (void)printStatic{
}
- (void)print{
NSLog(@"This object is %p.", self);
NSLog(@"Class is %@, and super is %@.", [self class], [self superclass]);
const char *name = object_getClassName(self);
Class metaClass = objc_getMetaClass(name);
NSLog(@"MetaClass is %p",metaClass);
Class currentClass = [self class];
for (int i = 1; i < 5; i++)
{
NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p", i, currentClass);
unsigned int countMethod = 0;
NSLog(@"---------------**%d start**-----------------------",i);
Method * methods = class_copyMethodList(currentClass, &countMethod);
[self printMethod:countMethod methods:methods ];
NSLog(@"---------------**%d end**-----------------------",i);
currentClass = object_getClass(currentClass);
}
NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
NSLog(@"NSObject's meta class is %p", object_getClass([NSObject class]));
}
- (void)printMethod:(int)count methods:(Method *) methods{
for (int j = 0; j < count; j++) {
Method method = methods[j];
SEL methodSEL = method_getName(method);
const char * selName = sel_getName(methodSEL);
if (methodSEL) {
NSLog(@"sel------%s", selName);
}
}
}
@end
@interface Animal: NSObject
@end
@implementation Animal
- (void)print{
NSLog(@"This object is %p.", self);
NSLog(@"Class is %@, and super is %@.", [self class], [self superclass]);
const char *name = object_getClassName(self);
Class metaClass = objc_getMetaClass(name);
NSLog(@"MetaClass is %p",metaClass);
Class currentClass = [self class];
for (int i = 1; i < 5; i++)
{
NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p", i, currentClass);
currentClass = object_getClass(currentClass);
}
NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
NSLog(@"NSObject's meta class is %p", object_getClass([NSObject class]));
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *person = [[Person alloc] init];
Class class = [Person class];
[person print];
// printf("--------------------------------\n");
// Animal *animal = [[Animal alloc] init];
// [animal print];
}
return 0;
}

这个示例有两部分功能:

  1. 大家只看Person的演示功能即可。
  2. 观察Person和Animal两个对象的打印(打印方法名的可以注释掉,将main方法中的代码注释打开)

Person的演示功能(不打印方法名称)

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This object is 0x100408400.
Class is Person, and super is NSObject.
MetaClass is 0x100001328
Following the isa pointer 1 times gives 0x100001350
Following the isa pointer 2 times gives 0x100001328
Following the isa pointer 3 times gives 0x7fffb9a4f0f0
Following the isa pointer 4 times gives 0x7fffb9a4f0f0
NSObject's class is 0x7fffb9a4f140
NSObject's meta class is 0x7fffb9a4f0f0

我们来观察isa到达过的地址的值:

  • 对象的地址是 0x100408400.
  • 类的地址是 0x100001350.
  • 元类的地址是 0x100001328.
  • 根元类(NSObject的元类)的地址是 0x7fffb9a4f0f0.

对于本次打印我们可以做出以下结论(可以再去看一遍上边那张精髓的图):

  • 对于3、4次打印相同,就是因为NSObject元类的类是它本身.
  • 我们在实例化对象的时候,其实是创建了许多对象,这就是我们说的类簇。也对应了我们在用runtime创建类的时候objc_allocateClassPair(xx,xx)中是ClassPair而不是bjc_allocateClass
  • 通过地址的大小也可以看出对象实例化先后,地址越小的越先实例化
  • 很好的诠释了上边那张精髓图isa的指向
  • NSObject的两个地址都非常大(哈哈哈哈哈!为什么非常大啊??接下往下看)

    Person的演示功能(打印方法名称)

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Class is Person, and super is NSObject.
MetaClass is 0x100002378
Following the isa pointer 1 times gives 0x1000023a0
---------------**1 start**-----------------------
sel------printMethod:methods:
sel------print
---------------**1 end**-----------------------
Following the isa pointer 2 times gives 0x100002378
---------------**2 start**-----------------------
sel------printStatic
---------------**2 end**-----------------------
Following the isa pointer 3 times gives 0x7fffb9a4f0f0
---------------**3 start**-----------------------

我只把重要的复制出来了,NSObject的所有的方法名没有复制出来,在此处不是重要的。

此次打印结果的结论:

  • 类方法(静态方法)是存储在元类中的

    观察Person和Animal两个对象的打印

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    This object is 0x100508e70.
    Class is Person, and super is NSObject.
    MetaClass is 0x100001338
    Following the isa pointer 1 times gives 0x100001360
    Following the isa pointer 2 times gives 0x100001338
    Following the isa pointer 3 times gives 0x7fffb9a4f0f0
    Following the isa pointer 4 times gives 0x7fffb9a4f0f0
    NSObject's class is 0x7fffb9a4f140
    NSObject's meta class is 0x7fffb9a4f0f0
    --------------------------------
    This object is 0x100675ed0.
    Class is Animal, and super is NSObject.
    MetaClass is 0x100001388
    Following the isa pointer 1 times gives 0x1000013b0
    Following the isa pointer 2 times gives 0x100001388
    Following the isa pointer 3 times gives 0x7fffb9a4f0f0
    Following the isa pointer 4 times gives 0x7fffb9a4f0f0
    NSObject's class is 0x7fffb9a4f140
    NSObject's meta class is 0x7fffb9a4f0f0
    Program ended with exit code: 0

此次打印的结论:

  • Animal相关打印的地址都比Person的大。再次诠释了栈是由大往小排列的。栈口在最小的地方
  • AnimalPersonNSObject的两个地址一样。(知道为什么大了吗?其实就是保证这两个地址足够大,以致于永远在栈中。这样整个程序中其实就是存在一个,有点像单例的意思)
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