本文主要来探索一下iOS中类的结构,作为一个iOS开发者,我们有必要去了解关于类的底层知识。
下面开始我们的探索。
既然要探索类的结构,那么首先需要去苹果官网下载我们所需要的源码,下面我将提供我使用的可编译的objc-781源码。
下面通过创建Person,teacher(继承于Person)先来探索一下每个对象的isa。
代码并不多,0x0000000ffffffff8ULL
是isa_t中的ISA_BITFIELD
宏定义中的ISA_MASK。在我之前的isa结构分析中有详细解释。
//0x0000000ffffffff8ULL
Person *person = [[Person alloc]init];
teacher *tea = [[teacher alloc]init];
在上面创建了两个对象,我们通过lldb去探索一下类对象中的isa:
(lldb) x/4gx person
0x10103f9c0: 0x001d8001000022ed 0x0000000000000000
0x10103f9d0: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) p/x 0x001d8001000022ed & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $9 = 0x00000001000022e8
(lldb) po 0x00000001000022e8
Person
(lldb) x 0x00000001000022e8
0x1000022e8: c0 22 00 00 01 00 00 00 40 31 33 00 01 00 00 00 ."......@13.....
0x1000022f8: a0 00 04 01 01 00 00 00 03 00 00 00 2c 80 01 00 ............,...
(lldb) x Person.class
0x1000022e8: c0 22 00 00 01 00 00 00 40 31 33 00 01 00 00 00 ."......@13.....
0x1000022f8: a0 00 04 01 01 00 00 00 03 00 00 00 2c 80 01 00 ............,...
(lldb) x object_getClass(person)
0x1000022e8: c0 22 00 00 01 00 00 00 40 31 33 00 01 00 00 00 ."......@13.....
0x1000022f8: a0 00 04 01 01 00 00 00 03 00 00 00 2c 80 01 00 ............,...
(lldb) p 0x00000001000022e8
(long) $13 = 4294976232
(lldb) x/4gx 0x00000001000022e8
0x1000022e8: 0x00000001000022c0 0x0000000100333140
0x1000022f8: 0x00000001010400a0 0x0001802c00000003
(lldb) po 0x00000001000022c0
Person
在上面的信息中,(lldb)代表我输入的需要打印的信息,下面我来介绍一下每行指代码的信息:
x/4gx person
:以4个结果为单位,打印person的内存地址信息,得到的结果中的第一个就是isa的地址信息,isa中存储的是person类对象信息,
p/x 0x001d8001000022ed & 0x0000000ffffffff8ULL
:通过与上0x0000000ffffffff8ULL
获取类对象地址信息。
po 0x00000001000022e8
:打印与上的值,得到的是Person
通过po0x00000001000022e8
和0x00000001000022c0
这两个地址,我们得到的是Person对象:
那么为什么两个地址打印的都是Person呢?
那么就需要引入元类的概念了,他并没有一个清晰的概念:
这边得到结论:
0x00000001000022c0 为元类,元类是系统给我们的一个重要的东西,对象的isa指向类,类也是一个对象,那么类的对象就是元类
。
其中,元类的定义和创建都是由编译器完成,类的归属都来自元类。
(lldb) x/4gx Person.class
0x1000022e8: 0x00000001000022c0 0x0000000100333140
0x1000022f8: 0x00000001010400a0 0x0001802c00000003
(lldb) p/x 0x00000001000022c0 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $31 = 0x00000001000022c0
(lldb) po 0x00000001000022c0
Person
(lldb) x/4gx 0x00000001000022c0
0x1000022c0: 0x00000001003330f0 0x00000001003330f0
0x1000022d0: 0x0000000101104080 0x0004e03500000007
(lldb) p/x 0x00000001003330f0 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $40 = 0x00000001003330f0
(lldb) x/4gx 0x00000001003330f0
0x1003330f0: 0x00000001003330f0 0x0000000100333140
0x100333100: 0x0000000101136650 0x0004e03100000007
(lldb) po 0x00000001003330f0
NSObject
看上面一段信息,我们通过x/4gx打印Person.class的内存地址信息,得到的的isa是0x00000001000022c0
。
那么继续通过x/4gx打印0x00000001000022c0
的内存信息,得到的又是一个内存信息,然后又继续x/4gx打印0x00000001003330f0
的内存信息,得到的isa依然是0x00000001003330f0
,通过po打印0x00000001003330f0
,得到的是NSObject。
那么从上面的探索过程中,我们从isa对象摸索到类,再从类摸索到元类,从元类中摸索到了NSObject。
那么我们打印一下NSObject的内存地址信息:
(lldb) p/x NSObject.class (Class) $41 = 0x0000000100333140 NSObject
得到的内存信息与上面的到的NSObject信息不一样?那么在上面的到的不是NSObject类,那么是什么呢?
那么结果是:上面的是第二个NSObject类对象。
而iOS中的一个对象的类只有一个,那么这边分析的到的正确的结果是:
isa对象->类(person)->元类(Person)->NSObject(根元类)
那么我们验证一下,iOS中一个类到底存在多少份:
void TestClassNum(){
Class class1 = [Person class];
Class class2 = [Person alloc].class;
Class class3 = object_getClass([Person alloc]);
NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n%p",class1,class2,class3);
}
输出结果:
0x100003270-
0x100003270-
0x100003270-
0x100003270
从上面的结果可以得到,类对象只存在一个。
那么继续探索tea的isa对象:
(lldb) x/4gx tea
0x100669860: 0x001d80010000233d 0x0000000000000000
0x100669870: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) po 0x001d80010000233d & 0x0000000ffffffff8ULL
teacher
(lldb) p/x 0x001d80010000233d & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $2 = 0x0000000100002338
(lldb) po 0x0000000100002338
teacher
(lldb) x/4gx 0x0000000100002338
0x100002338: 0x0000000100002310 0x00000001000022e8
0x100002348: 0x0000000100669e90 0x0001802c00000003
(lldb) p/x 0x0000000100002310 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $4 = 0x0000000100002310
(lldb) po 0x0000000100002310
teacher
(lldb) x/4gx 0x0000000100002310
0x100002310: 0x00000001003330f0 0x00000001000022c0
0x100002320: 0x000000010070ef30 0x0003e03500000007
(lldb) p/x 0x00000001003330f0 & 0x0000000ffffffff8ULL
(unsigned long long) $6 = 0x00000001003330f0
(lldb) po 0x00000001003330f0
NSObject
从上面的信息中,teacher是继承Person的,而打印的各种信息中,并没有Person类的存在,因此,得到类与类的继承并没有很大的关系,实例对象根本没有继承关系,继承关系来自于类。而他们都继承于NSObject,而NSObject继承自nil(一个坑点,不是继承于自己)。
下面就需要引入一张很经典的图:
上图中,虚线代表着isa的走位图:
从图可以了解到,任何类都会得到一个类信息(Instance of Subclass)->实例对象的isa就会指向(Subclass)class类->类的isa就会指向(Subclass)meta元类->元类的isa指向的是(Root class)根元类。而根元类指向的是它自己。
父类同样是如此走向,只有NSObject免了一步元类的指向。
那么在了解完isa之后,我们了解一下类的关系:
从图可以明白,所有的实例对象之间没有任何关系,只有类和类之间才存在着继承关系,而他们的元类也存在着继承关系,而根元类指向的是NSObject,万物基于NSObject。