isa指针

最开始让我有疑问的是在使用类方法，在控制台下仍然发现Class对应的有地址,类没有初始化，为什么会有地址？这个地址是谁的地址？
这个问题有点复杂，刨根问底，我查阅OC中的类的实现：

• Class是一个指向objc_class（类）结构体的指针，而id是一个指向objc_object（对象）结构体的指针。

• objec_object（对象）中isa指针指向的类结构称为objec_class（该对象的类），其中存放着普通成员变量与对象方法 （“-”开头的方法）。

• objec_class（类）中isa指针指向的类结构称为metaclass（该类的元类），其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法 （“+”开头的方法）。

struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};


struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
 
#if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父类
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息，默认为0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息，供运行期使用的一些位标识
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量链表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的链表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
#endif
 
} OBJC2_UNAVAILABLE;

isa指针.png

当我们调用某个对象的对象方法时，它会首先在自身isa指针指向的objc_class(类)的methodLists中查找该方法，如果找不到则会通过objc_class（类）的super_class指针找到其父类，然后从其methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过 super_class向上一级父类结构体中查找，直至根class；

值得注意的是

• 所有的metaclass（元类）中isa指针都是指向根metaclass（元类），而根metaclass（元类）中isa指针则指向自身。

• 根metaclass（元类）中的superClass指针指向根类，因为根metaclass（元类）是通过继承根类产生的。

• 当我们调用某个类方法时，它会首先通过自己的isa指针找到metaclass（元类），并从其methodLists中查找该类方法，如果找不到则会通过metaclass（元类）的super_class指针找到父类的metaclass（元类）结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查 找，直至根metaclass（元类）；

• 这里有个细节就是要说运行的时候编译器会将代码转化为objc_msgSend(obj, @selector (makeText))，在objc_msgSend函数中首先通过obj（对象）的isa指针找到obj（对象）对应的class（类）。在class（类）中先去cache中通过SEL（方法的编号）查找对应method（方法），若cache中未找到，再去methodLists中查找，若methodists中未找到，则去superClass中查找，若能找到，则将method（方法）加入到cache中，以方便下次查找，并通过method（方法）中的函数指针跳转到对应的函数中去执行。

object_class结构体中有一个isa指针。一个类实例的isa指针指向的自己本身这个类对象，类对象的isa指向自己元类对象。
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。所以很明显系统需要开辟内存存储类的信息。这个结构就是元类对象，显而易见这个地址也是元类对象的地址。

object_getClass()就是顺着isa的指向链找到对应的类，我们一会要验证这个isa的指向链是否与上面图中是一致的，就是用这个方法。

+ (Class)class {
    return self;
}
- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}

这是NSObject类里实例方法class与类方法class的实现，这里再强调一下：类方法是在meta class里的，类方法就是把自己返回，而实例方法中是返回实例isa的类，我们要验证这个isa的指向链的时候不能用这种方法。

对于普通对象而言比如我们自定义一个Person：

#import 
#import "Person.h"
Person *obj = [Person new];
NSLog(@"instance         :%p", obj);
NSLog(@"class            :%p", object_getClass(obj));
NSLog(@"---------------------------------------------");
NSLog(@"class            :%p", [obj class]);

Log输出：

TimerDemo[1718:248402] instance         :0x7fc792530f20
TimerDemo[1718:248402] class            :0x10ae0e178
TimerDemo[1718:248402] ---------------------------------------------
TimerDemo[1718:248402] class            :0x10ae0e178

1.我们发现调用class方法的方式不能得到isa的指向链，但是第一次调用是正确的（class的输出都是0x10ae0e178），为什么? 我们第一次调用的class是实例方法，会返回isa的类，object_getClass调用返回的是isa指向的对象就是类对象本身，[obj class]是类方法，返回的也是本身，所以还是0x10ae0e178，以后无论怎么调用都是执行的类方法，返回的都是本身，所以，用class方法是得不到isa指向链的。
2.从打印结果我们能看到，类也是对象，meta类也是对象，都占有一块内存，而且我们会发现类对象、meta类对象、root meta类对象的指针都是用9位16进制数表示，而实例对象是用12位16进制数表示（这里用的是64位模拟器），为什么这些类对象的指针位数少？。

但是如果这个类是Apple自建类就有问题了？

NSTimer *timer1 = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
NSLog(@"instance       :%p", timer1);
NSLog(@"class          :%p", object_getClass(timer1));
NSLog(@"meta class     :%p", object_getClass(object_getClass(timer1)));
NSLog(@"[NSTimer class]:%p", [NSTimer class]);

Log输出：

TimerDemo[1745:255746] instance       :0x7fee8bc7a810
TimerDemo[1745:255746] class          :0x10ece02c0
TimerDemo[1745:255746] meta class     :0x10ece02e8
TimerDemo[1745:255746] [NSTimer class]:0x10ecdfe38

对于NSTimer这个类，[NSTimer class]返回应该是类对象，object_getClass(timer1)返回的也应该是类对象，为什么指针不同？
答案非常简单，两个字：类簇，我们熟悉的类簇是NSNumber，NSArray，NSDictionary、NSString...这说明大多数的OC类都是类簇实现的（连NSTimer也不放过），也说明为什么我们Person类是正常的，因为它不是类簇实现的。

这里还是简单的说说类簇的概念吧：一个父类有好多子类，父类在返回自身对象的时候，向外界隐藏各种细节，根据不同的需要返回的其实是不同的子类对象，这其实就是抽象类工厂的实现思路，iOS最典型的就是NSNumber。

NSNumber *intNum = [NSNumber numberWithInt:1];
NSNumber *boolNum = [NSNumber numberWithBool:YES];
NSLog(@"intNum :%@", [intNum class]);
NSLog(@"boolNum:%@", [boolNum class]);

---------------------------------------------

TimerDemo[1018:35735] intNum :__NSCFNumber
TimerDemo[1018:35735] boolNum:__NSCFBoolean

有人可能要问，如何证明__NSCFTimer就是NSTimer的子类，如何证明类簇是真的？其实很简单：

NSLog(@"[NSTimer class]    :%p", [NSTimer class]);
NSLog(@"class_getSuperClass:%p", class_getSuperclass([timer1 class]));
----------------------------------------------------
TimerDemo[1038:39690] [NSTimer class]    :0x109ee4e38
TimerDemo[1038:39690] class_getSuperClass:0x109ee4e38

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