isa指针

在学习KVO时了解到其机理是通过runtime改变isa指针的指向来实现的，但对于isa指针还不是太了解，于是查阅相关资料在这里做一个整理。

要了解isa指针首先需要了解类、对象的定义。
Class：
Object-C类型中类的定义是用Class类型来表示的，实际上它是一个指向objc_class类型的结构体指针，定义如下：

// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

通过objc.h、runtime.h可以看到类的定义：

// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
//父类，如果该类已经是最顶层的根类,那么它为NULL。
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
//类名
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
//类的版本信息,默认为0
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
//类信息，供运行期使用的一些位标识
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
//该类的实例变量大小
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
//该类的成员变量链表
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法定义的链表
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法缓存
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
//协议链表
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

其中：

• isa：在OC中需要明确对象和类并没有本质的区别，类也是对象，类中有一个指向元类metaClass的isa指针，关于元类会在后边进行介绍。

• cashe：当一个对象接收到某个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应消息的对象，每次调用这个方法后就会缓存到cache中而不必每次都到methodLists遍历。

objc_object与id：
objc_object表示一个对象，实际上它表示一个类实例的结构体，定义如下：

struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

typedef struct objc_object *id;

可以看到，对象中包含一个指向其类的isa指针。当我们向一个对象发送消息时，Runtime会根据实例对象的isa指针找到这个实例对象所属的类，Runtime库会在类的方法列表及父类的方法列表中去寻找与消息对应的selector指向的方法。找到后即运行这个方法。

元类(Meta Class)：
前面已经提到类也是对象，当向对象发送消息的时会根据对象isa指针查找所属类的对应方法，对于类方法而言呢，它应该去哪查找方法？如：

NSString *string = [NSString string];

根据前面提到的机制，此时要查找相应类对象的+string方法则isa指针需要查找包含这个方法的类，即元类metaClass：类对象所属的类。当我们向一个对象发送消息时，runtime会在这个对象所属的这个类的方法列表中查找方法；而向一个类发送消息时，会在这个类的元类的方法列表中查找。

元类也是一个类，也可以向它发送一个消息，那么它的isa又是指向什么呢？为了不让这种结构无限延伸下去，Objective-C的设计者让所有的元类的isa指向基类的元类，以此作为它们的所属类。即，任何NSObject继承体系下的元类都使用NSObject的元类作为自己的所属类，而基类的元类的isa指针是指向它自己。这样就形成了一个完美的闭环。

通过上面的描述，我们就可以描绘出类的一个继承体系了，如下图所示：

类的继承体系图

PS: I am xinghun who is on the road.