isa指针

2018-10-18 本文已影响22人高思阳

OC是一门面向对象的语言,每一个对象都是类的一个实例。在objective-c语言的内部，每一个对象都有一个isa指针，指向该指针的类。每一个类描述了一系例他的实例的特点，包括成员变量的列表，成员函数的列表。每一个对象都可以接收消息，而对象接收消息列表保存在他所对应的类中。

当我们初始化一个对象的时候，是怎么发送消息的

NSObject *obj=[[NSObject alloc] init];

调用方法，其实是给对象发送消息，在编译时这句话会翻译成一个C的函数调用，即：

objc_msgSend(objc_msgSend([NSObject class],@selector(alloc)),@selector(init));

使用这个函数的需要引入头文件:

#import <objc/message.h>

那不是把 OC代码转换成C。C语言函数在调用编译的时候就会决定调用哪个函数，而OC是一种动态语言，他会尽可能把代码的从编译链接是推迟到运行时，这就是OC运行时多态。 (给一个对象发送消息，并不会立即执行，而是在运行的时候在去寻找他对应的实现)

在Xcode中打开，NSObject.h和objc.h，我们可以看到，NSObject就是一个包含isa指针的结构体，按照面向对象的设计原则，所有的事物都应该是对象，所以严格的说OC并不是完全面向对象的（因为含有int double 类型的变量）。在OC语言中，每一个类实际上也是一个对象。每一个类也有一个isa指针。每一个类也可以接收消息，例如代码[NSObject alloc],就是向NSObject这个类发送名为 “alloc” 的消息。

在oc中，因为类也是一个对象，所以也必须是另外一个类的实例，这个类就是元类(metaclass)。

类对象保存了对象方法的列表。当一个对象方法被调用的时候，对象首先通过isa指针查找到对应的类，类对象会首先查找他本身是否有该方法的实现，如果没有，则元类对象会向他的父类查找方法，这样就可以一直找到继承链的头
元类对象保存了类方法的列表。当一个类方法被调用的时候，类对象首先通过isa指针查找到对应的元类对象，元类对象会首先查找他本身是否有该方法的实现，如果没有，则元类对象会向他的父类查找方法，这样就可以一直找到继承链的头

一个 Objective-C 方法会被编译成 objc_msgSend，这个函数有两个默认参数，id 类型的 self, SEL 类型的 op。我们先看看 id 的定义：

typedef struct objc_object *id;

struct objc_object {
  Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

我们可以看到，在 objc_object 结构体中，只有一个指向 Class 类型的 isa 指针。

我们再看看 Class 的定义：

struct objc_class {
  Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__

  Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;

  const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;

  long version OBJC2_UNAVAILABLE;

  long info OBJC2_UNAVAILABLE;

  long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;

#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

里面有很多参数，很显眼的能看到这一行：

struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;

看名字也容易理解，这个 methodLists 就是用来存放方法列表的。我们再看看 objc_method_list 这个结构体：

struct objc_method_list {

  struct objc_method_list * _Nullable obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;

  int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;

#ifdef __LP64__

  int space OBJC2_UNAVAILABLE;

#endif

  /* variable length structure */

  struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;

}

里面的 objc_method ，也就是我们熟悉的 Method：

struct objc_method {

  SEL _Nonnull method_name OBJC2_UNAVAILABLE;

  char * _Nullable method_types OBJC2_UNAVAILABLE;

  IMP _Nonnull method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}

Method 里面保存了三个参数：

方法的名称
方法的类型
方法的具体实现，由 IMP 指针指向

经过层层挖掘，我们能明白实例对象调用方法的大致逻辑：

MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
[myClass printLog];

先被编译成 ((void (*)(id, SEL))(void *) objc_msgSend)(myClass, @selector(printLog));
沿着入参 myClass 的 isa 指针，找到 myClass 的类对象（Class），也就是 MyClass
接着在 MyClass 的方法列表 methodLists 中，找到对应的 Method
最后找到 Method 中的 IMP 指针，执行具体实现

类对象的类方法又是怎么找到并执行的？

由上文，我们已经知道，实例对象是通过 isa 指针，找到其类对象（Class）中保存的方法列表中的具体实现的。

比如：

MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
[myClass printLog];

可以理解为：printLog 方法就是保存在 MyClass 中的。

那么如果是个类方法，又是保存在什么地方的呢？

我们回顾下 Class 的定义：

struct objc_class {

  Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__

  Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;

  const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;

  long version OBJC2_UNAVAILABLE;

  long info OBJC2_UNAVAILABLE;

  long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;

  struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;

#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

可以发现到这一行：

Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;

这里的 isa 同样是指向一个 Class 的指针。上文中，我们也知道了类对象的 isa 指针是指向元类对象的。那么不难得出：

类对象的类方法，是保存在元类对象中的！

类对象和元类对象都是 Class 类型，仅仅服务的对象不同罢了。找到了元类对象，自然就找到了元类对象中的 methodLists，接下来就和实例对象的方法寻找调用一样的流程了。

关于对象、类、元类关系：

对象、类、元类关系

从上图可以看出：

对象的isa指针指向类对象，类对象的isa指针指向元类，元类的isa指针指向根元类，根元类的isa指针指向自身。

NSObject的元类的父类是NSObject , NSObject的isa指针又指向NSObject的元类，所以：

NSObject类对象里面的所有的实例对象方法，NSObject元类也都拥有用（类对象里面的是实例对象的方法，元类对象里面的是类对象的方法）
NSObject类对象可以调用任意 NSObject对象里的实例方法（因此，所有继承自NSObject的类对象，都可以调用NSObject的实例方法）

注意：在Objective-C中,几乎所有的类都是继承与NSObject，这里的几乎所有是因为官网关于Cocoa框架有介绍：Cocoa supplies two root classes: NSObject and NSProxy.不继承NSObject的都继承NSProxy，因为NSProxy的应用比较特殊，在Cocoa程序中比较少见，具体的例子可以参考官方API说明文档中关于NSProxy类的介绍，里面讲到了一些例子，比如NSDistantObject

定义Person类

image.png

使用object_getClass()可以获取某个对象的isa指针指向的对象：

Person *p = [[Person alloc] init];

id class = object_getClass(p1);

id metaClass = object_getClass(class);

id rootMetaClass = object_getClass(metaClass);

[self printMethods:class];

[self printMethods:metaClass];

[self printMethods:rootMetaClass];

//下面方法可以打印出类对象的名称和里面的方法
- (void) printMethods:(Class)cls
{
  unsigned int count ;

  Method *methods = class_copyMethodList(cls, &count);

  NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];

  [methodNames appendFormat:@"%@ - ", cls];

  for (int i = 0 ; i < count; i++) {

    Method method = methods[i];

    NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));

    [methodNames appendString: methodName];

    [methodNames appendString:@" "];

  }

  NSLog(@"%@",methodNames);

  free(methods);

}

打印结果：

打印结果

对象的isa指针指向它的类对象，类对象的isa指针指向它的元类对象，元类的isa指针指向它的根元类对象（这里是NSObject）

从打印结果可以看出，类对象打印出来的是对象的方法，元类对象打印出来的是类方法。

链接：https://blog.csdn.net/qq_22854687/article/details/51245568

isa指针

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