深入理解objc中的类与对象

引言

促使我写这篇文章的主要原因是我发现平时利用的class方法与object_getClass函数的返回值竟然是不一样的，这与我之前理解的类的概念一直有所偏差。在查阅了部分资料后，发现对objc中关于类与对象有了一个新的理解，遂撰此文记录下。

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深入了解类与对象

想要搞清楚这两个方法的区别，需要彻底搞清楚objc中关于类与对象的概念。

objc中对象与类的概念

objc中关于对象的定义如下:

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

可见对象是一个含有isa指针的结构体。那么isa指向的Class又是什么呢？

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

原来Class是一个指向objc_class结构体的指针，apple的注释写的很清楚，Class相当于objc中的类。所以只有我们搞明白了objc_class结构体到底是什么，也就搞清楚了objc中关于类的概念。
objc/runtime.h中关于该结构体的定义如下:

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 *` */

虽然下面的一段串内容已经是OBJC2_UNAVAILABLE了，但依然可以看出一些apple关于class的定义的倪端:

1. 我们注意到，objc_class结构体内部也含有一个isa指针，也就说“类也是有类的”。虽然读起来很拗口，但这也是为什么类有时候也被称为类对象的原因：类其实也是一个对象~
2. 下面一段内容含有：类的方法列表(这些方法其实都是对象方法，至于为什么，后面解释)，类的成员变量列表，类的cache列表，类的协议列表。更重要的是，它还有一个指向Class的super_class指针。

接下来，我们来一一讲解这些东西到底都是干嘛的。

---

• 要想搞清楚下面的概念，首先要知道顶部的Class isa的含义。我们之前已经提到过，类也是对象，正是因为这个isa指针。我们从objc_object的结构体定义中已经看得很明白：何为对象？不过是一个含有指向Class的isa指针罢了。故类不过也是一个对象。

• 看到这如果你没有一个清晰的概念，可能已经糊涂了。没关系，只要搞明白类对象里的isa指针指向的是什么，你就明白了一切。先上个图：

对象，类，元类

我们现在讲的类对象，就是中间的RootClass,ASuperClass,AClass。我们可以清晰的看到，此处的isa指针指向的是MetaClass，又译为元类。而所谓元类，就是类对象的类，也可以说是类对象的类对象。

看到这里，你可能已经恍然大悟：对象的isa指针指向类对象，类对象的isa指针指向了元类。元类的isa指针指向根元类。三者统一了objc关于对象，类的基本概念。

• 讲完了对象，类对象的isa指针。让我们回到objc1中关于那长长的一串定义:

#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

结合上面的元类概念，我们就能明白，原来苹果设计类对象的用意，就是为了存储对象的某些信息，比如对象方法，类遵守的一些协议，对象的属性，对象的类的父类(拗口。。。)等等。所以我们也就不能理解设计元类的用意：存储类的一些信息,比如类方法就存在元类里。相信读到这里，已经对objc中的对象和类有了一个很深刻的理解。下面说说我写这篇文章的主要原因：理解object_getClass函数与class方法。

理解object_getClass函数与class方法。

注:此处需要对runtime有了解

天天都在用的class方法

• 说起class方法这个方法，大家必然都不陌生，最常用的大概就是下面这个对象方法:

  Class aClass = [anObject class];
  

  此方法目的就是返回某个对象的类。说到这里，结合上面的结论，既然类是一个对象，那么给类发送class消息会怎么样？会编译不过？还是crash?

  Clas aClass = [NSObject class];
  

  上面这种写法是完全可行的，但是并没有任何意义。给类对象发送class消息，会返回类对象自身。

  如何验证？

    //用作测试的类    
    @interface testClass : NSObject
    
    @end
    
    //测试代码
      testClass *testObject = [testClass new];
      Class testObjectClass = [testObject class];
      Class aClass = [testClass class];
        
      NSLog(@"testObjectClass.p == %p",testObjectClass); //object's class
        
      NSLog(@"[testClass class].p === %p",aClass);// class's class
  

  最后结果:

    2016-08-16 16:21:25.581 总结测试[49724:3045182] testObjectClass.p == 0x100286ed8 
    2016-08-16 16:21:25.581 总结测试[49724:3045182] [testClass class].p === 0x100286ed8
  

• 为什么会这样？

    - (Class)class OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use 'anObject.dynamicType' instead");
    + (Class)class OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use 'aClass.self' instead");//[NSObject class]
    + (Class)class;//[NSProxy class]
  

  点开class方法定义我们会发现，其实class既是类方法，也是对象方法。只不过执行对象方法的时候，会返回自己。代码：

      + (Class)class{
          return self;
      }
      - (Class)class{
          return object_getClass(self);
      }
  

  也就理解为:当调用者是类对象时，class方法返回自身；当调用者是对象时，返回object_getClass函数的返回值。（object_getClass函数其实返回的是isa指针指的对象,后面会解释)

强大的runtime函数:object_getClass

• 知道了class方法的实质，接下来就要好好了解下object_getClass这个函数了。结合上面的给出的对象、类、元类图我们能猜想出该函数的伪码:

    Class object_getClass(id obj)
    {
        if (obj) return obj->getIsa();
        else return Nil;
    }
  

  就是说：该函数返回的是id的isa指向的结构体

• 看到这里，你也许感觉豁然开朗，于是你可能会这样写:

    NSNumber *aNumber = [NSNumber numberWithInt:2];
  
    NSLog(@"instance.p === %p",aNumber);//对象地址
    
    NSLog(@"classInstance.p === %p",[NSNumber class]);//类对象地址 class方法获得
    NSLog(@"classInstance.pWithGetClassFunc%p",object_getClass(aNumber));//类对象地址 函数获得
    
    NSLog(@"metaClass.p%p",object_getClass(object_getClass(aNumber)));//类对象的isa指针
    NSLog(@"metaClass.isa.p%p,",object_getClass(object_getClass(object_getClass(aNumber))));//元类的isa指针
    NSLog(@"metaClass.isa.isa.p%p",object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(aNumber)))));//元类的isa指针的isa指针
    NSLog(@"metaClass.isa.isa.isa.p%p",object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(aNumber))))));//元类的isa指针的isa指针的isa指针
      
  
  然后你会看到如下输出:
      
    instance.p ===                        0xb000000000000022
    classInstance.p ===                  0x10e5022a0
    classInstance.pWithGetClassFunc       0x105a6a368
    
    metaClass.p                           0x105a6a390
    metaClass.isa.p                       0x105617198
    metaClass.isa.isa.p                   0x105617198
    metaClass.isa.isa.isa.p               0x105617198
  

  先看第二段，你会发现第一行和第二行的地址不一样，这是因为元类的isa 指针指向的是根元类，而根元类的isa指针指向自己。

  再看第一段，对象的地址和类对象的地址完全不一样。这是因为类对象既不在栈上，也不在堆上。你可以把它理解为单粒。至于为什么是这样，不在本文讨论中。有兴趣的同学可以自己查阅资料。

  然后我们会发现[NSNumber class]获得的类对象与函数object_getClass获得的类对象地址居然不一样？！

  what f -- k

  没关系，耐着性子这样查:

  Class class1 = [NSNumber class];
  Class class2 = [aNumber class];
  Class class3 = object_getClass(aNumber);
  

  打个断点，在控制台依次p出每个class:

   (lldb) p class1
   (Class) $0 = NSNumber
   (lldb) p class2
   (Class) $1 = __NSCFNumber
   (lldb) p class3
   (Class) $2 = __NSCFNumber
  

原来NSNumber是类簇。这里还是简单的说说类簇的概念吧：一个父类有好多子类，父类在返回自身对象的时候，向外界隐藏各种细节，根据不同的需要返回的其实是不同的子类对象，这其实就是抽象类工厂的实现思路，iOS最典型的就是NSNumber。

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至此，终于写完了这篇文章。希望对大家有所帮助吧~~