苹果iOS开发深入浅出Cocoa之类与对象

【IT168技术】最近打算写一些ObjC中比较底层的东西，尤其是 runtime 相关的。苹果已经将 ObjC runtime 代码开源了，我们可以从：http://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-493.9/runtime/ 浏览源代码，或点此下载源代码。

　　从哪里入手呢?那当然是最基本的类与对象。与C++相比，ObjC中的类与对象结构要简洁与一致得多(参考《深度探索C++对象模型》，你就知道C++中类与对象结构的复杂)。本文将详细讲解ObjC中类与对象的结构，下回将讲如何在 runtime 时操作类。

　　我们可以在/usr/include/objc/objc.h 和 runtime.h 中找到对 class 与 object 的定义：

typedef struct objc_class  * Class;
typedef struct objc_object {
    Class isa;
}  * id;

　　Class 是一个 objc_class 结构类型的指针;而 id(任意对象) 是一个 objc_object 结构类型的指针，其第一个成员是一个 objc_class 结构类型的指针。注意这里有一关键的引申解读：内存布局以一个 objc_class 指针为开始的所有东东都可以当做一个 object 来对待! 那 objc_class 又是怎样一个结构体呢?且看：

struct objc_class
{
    struct objc_class *  isa;
    struct objc_class *  super_class;
     const  char *  name;
     long  version;
     long  info;
     long  instance_size;
    struct objc_ivar_list *  ivars;
    struct objc_method_list **  methodLists;
    struct objc_cache *  cache;
    struct objc_protocol_list *  protocols;
}

　　objc_class 结构体的各成员介绍如下：

　　isa：是一个 objc_class 类型的指针，看到这里，想起我前面的引申解读了没?内存布局以一个 objc_class 指针为开始的所有东东都可以当做一个 object 来对待! 这就是说 objc_class 或者说类其实也可以当做一个 objc_object 对象来对待!对象是对象，类也是对象，是不是有点混淆?别急，ObjC发明(or 重用)了一个术语来区分这两种不同的对象：类对象(class object)与实例对象(instance object)。OK，名称混淆的问题解决，下面我将使用这两个术语来区分不同的对象，而使用“对象”这一术语来泛指所有的对象。ObjC还对类对象与实例对象中的 isa 所指向的类结构作了不同的命名：类对象中的 isa 指向类结构被称作 metaclass，metaclass 存储类的static类成员变量与static类成员方法(+开头的方法);实例对象中的 isa 指向类结构称作 class(普通的)，class 结构存储类的普通成员变量与普通成员方法(-开头的方法)。

　　super_class：一看就明白，指向该类的父类呗!如果该类已经是最顶层的根类(如 NSObject 或 NSProxy)，那么 super_class 就为 NULL。

　　好，先中断一下其他类结构成员的介绍，让我们厘清一下在继承层次中，子类，父类，根类(这些都是普通 class)以及其对应的 metaclass 的 isa 与 super_class 之间关系:

　　规则一：类的实例对象的 isa 指向该类;该类的 isa 指向该类的 metaclass;

　　规则二：类的 super_class 指向其父类，如果该类为根类则值为 NULL;

　　规则三：metaclass 的 isa 指向根 metaclass，如果该 metaclass 是根 metaclass 则指向自身;

　　规则四：metaclass 的 super_class 指向父 metaclass，如果该 metaclass 是根 metaclass 则指向该 metaclass 对应的类;

　　好吧，文字总是那么乏力，有图有真相!

　　

　　那么 class 与 metaclass 有什么区别呢?

　　class 是 instance object 的类类型。当我们向实例对象发送消息(实例方法)时，我们在该实例对象的 class 结构的 methodlists 中去查找响应的函数，如果没找到匹配的响应函数则在该 class 的父类中的 methodlists 去查找(查找链为上图的中间那一排)。如下面的代码中，向str 实例对象发送 lowercaseString 消息，会在 NSString 类结构的 methodlists 中去查找 lowercaseString 的响应函数。

　　NSString * str;[str lowercaseString];

　　metaclass 是 class object 的类类型。当我们向类对象发送消息(类方法)时，我们在该类对象的 metaclass 结构的 methodlists 中去查找响应的函数，如果没有找到匹配的响应函数则在该 metaclass 的父类中的 methodlists 去查找(查找链为上图的最右边那一排)。如下面的代码中，向 NSString 类对象发送 stringWithString 消息，会在 NSString 的 metaclass 类结构的 methodlists 中去查找 stringWithString 的响应函数。

　　[NSString stringWithString:@"str"];

　　好，至此我们明白了类的结构层次，让我们接着看类结构中的其他成员。

　　name：一个 C 字符串，指示类的名称。我们可以在运行期，通过这个名称查找到该类(通过：id objc_getClass(const char *aClassName))或该类的 metaclass(id objc_getMetaClass(const char *aClassName));

　　version：类的版本信息，默认初始化为 0。我们可以在运行期对其进行修改(class_setVersion)或获取(class_getVersion)。

　　info：供运行期使用的一些位标识。有如下一些位掩码：

　　CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含实例方法和变量;

　　CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;

　　CLS_INITIALIZED (0x4L) 表示该类已经被运行期初始化了，这个标识位只被 objc_addClass 所设置;

　　CLS_POSING (0x8L) 表示该类被 pose 成其他的类;(poseclass 在ObjC 2.0中被废弃了);

　　CLS_MAPPED (0x10L) 为ObjC运行期所使用

　　CLS_FLUSH_CACHE (0x20L) 为ObjC运行期所使用

　　CLS_GROW_CACHE (0x40L) 为ObjC运行期所使用

　　CLS_NEED_BIND (0x80L) 为ObjC运行期所使用

　　CLS_METHOD_ARRAY (0x100L) 该标志位指示 methodlists 是指向一个 objc_method_list 还是一个包含 objc_method_list 指针的数组;

　　instance_size：该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);

　　ivars：指向 objc_ivar_list 的指针，存储每个实例变量的内存地址，如果该类没有任何实例变量则为 NULL;

　　methodLists：与 info 的一些标志位有关，CLS_METHOD_ARRAY 标识位决定其指向的东西(是指向单个 objc_method_list还是一个 objc_method_list 指针数组)，如果 info 设置了 CLS_CLASS 则 objc_method_list 存储实例方法，如果设置的是 CLS_META 则存储类方法;

　　cache：指向 objc_cache 的指针，用来缓存最近使用的方法，以提高效率;

　　protocols：指向 objc_protocol_list 的指针，存储该类声明要遵守的正式协议。

　　总结：

　　ObjC 为每个类的定义生成两个 objc_class ，一个即普通的 class，另一个即 metaclass。我们可以在运行期创建这两个 objc_class 数据结构，然后使用 objc_addClass 动态地创建新的类定义。这个够动态够强大的吧?下回讲演示如何在运行期动态创建新类。