OC对象的本质(I)

分类

OC对象分为三种：

• 实例对象(instance对象);
• 类对象(class对象);
• 元类对象（meta-class对象）

实例对象
  实例对象（instance对象）就是通过类的alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的实例对象。例如：

NSObjcet *obj1 = [[NSObject alloc] init];
NSObjcet *obj2 = [[NSObject alloc] init];

  obj1和obj2都是NSObject的实例对象，但是它们是不同的两个实例对象，分别占用两块不同的内存地址。
  实例对象在内存中存储的信息包括：

• isa指针

• 其他成员变量

  
  
  实例对象存储的信息

类对象(class对象)
  类对象（class对象）就是通过class方法或者runtime的object_getClass方法得到的class对象。
  注意：class 方法只是获取类，并不能获取真正获取其类对象。在这里因为下面的obj1的类就是NSObject所以其类对象和类是一样的。若换成其他的结果可能不一样。

Class objClass1 = [obj1 class];
Class objClass2 = [obj2 class];
Class objClass3 = [NSObject class];

// runtime方法
Class objClass4 = object_getClass(obj1);
Class objClass5 = object_getClass(obj2);

NSLog(@"objClass1= %@,\n objClass2= %@,\n objClass3= %@,\n objClass4= %@,\n objClass5= %@,\n ", obj1, obj2, objClass1, objClass2, objClass3, objClass4, objClass5);

打印：
objClass1= NSObject,
objClass2= NSObject,
objClass3= NSObject,
objClass4= NSObject,
objClass5= NSObject,
  objClass1-objClass5都是NSObject的类对象（class对象），且它们是同一个对象。

  每个类在内存中有且只有一个class对象

类对象在内存中存储的信息包括：

• isa指针
• superClass指针
• 类的属性信息（@property），类的成员变量信息（ivar）
• 类的对象方法信息（instance method），类的协议信息（protocol）

类对象存储图

元类对象（meta-class对象）

  元类对象（meta-class对象）就是通过RunTime的object_getClass方法得到的对象

//通过RunTIme的API获得元类对象
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);

objectMetaClass就是NSObject的元类对象

每个类在内存中有且只有一个元类对象

元类对象和类对象的内存结构是一样的，但是用途不一样，元类对象在内存中存储的信息包括：

• isa指针
• superClass指针
• 类的类方法信息（class method）

元类对象存储信息

以上我们了解了实例对象、类对象和元类对象的含义以及包含的内容，那么它们当中的isa指针和superClass指针分别指向哪里呢?

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isa指针的指向

isa指针指向用一张示意图来简单概括一下：

isa 指针指向图

  实例对象（instance对象）的isa指针指向class。当调用对象方法时，通过实例对象的isa找到class，最后找到对象方法的实现进行调用。
  类对象（class对象）的isa指针指向meta-class。当调用类方法时，通过类对象的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。

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class的superClass指针的指向

类(class)的superClass指针指向用一张示意图来简单概括一下：

类的superClass指针指向图

  图中举例Student继承自Person，Person继承自NSObject。
  当Student的实例对象要调用父类Person的对象方法时，会先通过isa找到Student的class，然后通过class中的superClass找到父类Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用。

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meta-class对象的superClass指针指向

image

  同上，当Student的class要调用Person的类方法时，会先通过isa找到Student的meta-class，然后通过superClass找到Person的meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。

这里当然要提一下非常经典的isa指向图，做进一步的总结：

image

1、instance的isa指向class
2、class的isa指向meta-class
3、meta-class的isa指向基类的meta-class，基类的isa指向自己
4、class的superClass指向父类的class，如果没有父类，则superClass指针为nil
5、meta-class的superClass指向父类的meta-class，基类的meta-class的superClass指向基类的class
6、instance调用对象方法的轨迹：通过isa找到class，方法不存在，就通过superclass逐层到父类里找，有就实现，如果找到基类仍没有找到，就会抛出unrecognized selector sent to instance异常
7、class调用类方法的轨迹：通过isa找到meta-class，方法不存在，就通过superClass逐层父类里找。

补充：
相信很多人在查看源码或者看一些底层博客的时候，经常会看到下面一段代码，来讲述class的内部结构：

struct objc_class {
    // objc_class 结构体的实例指针
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY; 

#if !__OBJC2__
    // 指向父类的指针
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    // 类的名字 
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    // 类的版本信息，默认为 0
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    // 类的信息，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;
    // 该类的实例变量列表
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    // 方法定义的列表
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
     // 方法缓存
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    // 遵守的协议列表
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

这段源码其实讲述的也是class内部结构，包含成员变量列表、方法列表、方法缓存以及协议列表。细心的人可能会发现，这段代码里面是有if判断条件的:

#if !__OBJC2__

判断条件是非OC2.0版本，也就是说在OC2.0之前的版本中，class底层的结构体中包含上面代码所讲述的，但我们现在所用的最新版肯定是OC2.0版本了，所以这段代码就不再使用了。

新的class底层的objc_class结构体：

objc_class 结构体

  可以看到结构体中只包含isa、superclass、cache和bits。而bits经过& FAST_DATA_MASK之后，会得到struct class_rw_t这样一个结构体：

struct class_rw_t

rw代表readwrite，可读可写
t代表table，列表

struct class_rw_t结构体中就包含了方法列表、属性列表以及协议列表，这些都是可读可写的。其中还包含一个struct class_ro_t的结构体：

struct class_ro_t

ro代表readonly，只读

struct class_ro_t的结构体中包含了instance对象占用的内存空间、类名以及成员变量列表，当然这些都是只读的。

总结：

一个NSObject对象占用多少内存？
答：系统会为一个NSObject对象分配最少16个字节的内存空间。一个指针变量所占用的大小（64bit占8个字节，32bit占4个字节）
对象的isa指针指向哪里？
答：instance对象的isa指针指向class对象，class对象的isa指针指向meta-class对象，meta-class对象的isa指针指向基类的meta-class对象，基类自己的isa指针指向自己。
OC的类信息存放在哪里？
答：成员变量的具体值存放在实例对象（instance对象）；对象方法，协议，属性，成员变量信息存放在类对象（class对象）；类方法信息存放在元类对象（meta-class对象）。

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参考资料：
OC对象本质