深入代码理解instance、class object、metaclass
面向对象编程中,最重要的概念就是类,下面我们就从代码入手,看看OC是如何实现类的。
instance对象实例
我们经常使用id
来声明一个对象,那id
的本质又是什么呢?打开#import
文件,可以发现以下几行代码
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
通过注释和代码不难发现,我们创建的一个对象或实例其实就是一个struct objc_object
结构体,而我们常用的id
也就是这个结构体的指针。
这个结构体只有一个成员变量,这是一个Class
类型的变量isa
,也是一个结构体指针,那这个指针又指向什么呢?
面向对象中每一个对象都必须依赖一个类来创建,因此对象的isa
指针就指向对象所属的类根据这个类模板能够创建出实例变量、实例方法等。
比如有如下代码
NSString *str = @"Hello World";
通过上文我们知道这个str
对象本质就是一个objc_object
结构体,而这个结构体的成员变量isa
指针则表明了str is a NSString
,因此这个isa
就指向了NSString
类,这个NSString
类其实是类对象,不明白就继续往下看。
class object(类对象)/metaclass(元类)
继续查看结构体objc_class
的定义
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
struct objc_classs
结构体里存放的数据称为元数据(metadata)
,通过成员变量的名称我们可以猜测里面存放有指向父类的指针、类的名字、版本、实例大小、实例变量列表、方法列表、缓存、遵守的协议列表等,这些信息就足够创建一个实例了,该结构体的第一个成员变量也是isa
指针,这就说明了Class
本身其实也是一个对象,我们称之为类对象
,类对象
在编译期产生用于创建实例对象,是单例,因此前文中的栗子其实应该表达为str的isa指针指向了NSString类对象
那么这个结构体的isa
指针又指向什么呢?
类对象
中的元数据
存储的都是如何创建一个实例的相关信息,那么类对象
和类方法
应该从哪里创建呢?就是从isa
指针指向的结构体创建,类对象
的isa
指针指向的我们称之为元类(metaclass)
,元类
中保存了创建类对象
以及类方法
所需的所有信息,因此整个结构应该如下图所示:
通过上图我们可以清晰的看出来一个实例对象也就是struct objc_object
结构体它的isa
指针指向类对象
,类对象
的isa
指针指向了元类,super_class
指针指向了父类的类对象
,而元类
的super_class
指针指向了父类的元类
,那元类
的isa
指针又指向了什么?为了更清晰的表达直接使用一个大神画的图。
通过上图我们可以看出整个体系构成了一个自闭环,如果是从NSObject
中继承而来的上图中的Root class
就是NSObject
。至此,整个实例
、类对象
、元类
的概念也就讲清了,接下来我们在代码中看看这些概念该怎么应用。
类对象
有如下代码
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString* name;
@property (nonatomic, assign) NSUInteger age;
@end
@implementation Person
@synthesize name = _name;
@synthesize age = _age;
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *p = [[Person alloc] init];
Class c1 = [p class];
Class c2 = [Person class];
//输出 1
NSLog(@"%d", c1 == c2);
}
return 0;
}
c1
是通过一个实例对象获取的Class
,实例对象可以获取到其类对象
,类名作为消息的接受者时代表的是类对象
,因此类对象获取Class
得到的是其本身,同时也印证了类对象
是一个单例的想法。
那么如果我们想获取isa
指针的指向对象呢?
介绍两个函数
OBJC_EXPORT BOOL class_isMetaClass(Class cls)
OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0);
OBJC_EXPORT Class object_getClass(id obj)
OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0);
class_isMetaClass
用于判断Class
对象是否为元类
,object_getClass
用于获取对象的isa
指针指向的对象。
再看如下代码:
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Person *p = [[Person alloc] init];
//输出1
NSLog(@"%d", [p class] == object_getClass(p));
//输出0
NSLog(@"%d", class_isMetaClass(object_getClass(p)));
//输出1
NSLog(@"%d", class_isMetaClass(object_getClass([Person class])));
//输出0
NSLog(@"%d", object_getClass(p) == object_getClass([Person class]));
}
return 0;
}
通过代码可以看出,一个实例对象通过class
方法获取的Class
就是它的isa
指针指向的类对象
,而类对象
不是元类
,类对象
的isa
指针指向的对象是元类
。
原文