Object-C Runtime：对象、类、元类以及方法

2019-08-16 本文已影响0人 kindom_0129

1. 在 objc/runtime.h 中，Class（类）被定义为指向objc_class 结构体的指针，objc_class 结构体的数据结构如下：

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

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

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class;                                 // 指向父类的指针
    const char * _Nonnull name;                                  // 类的名字
    long version;                                                // 类的版本信息，默认为 0
    long info;                                                   // 类的信息，供运行期使用的一些位标识
    long instance_size;                                          // 该类的实例变量大小;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars;                     // 该类的实例变量列表
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists; // 方法定义的列表
    struct objc_cache * _Nonnull cache;                          // 方法缓存
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols;             // 遵守的协议列表
#endif

};

objc_class 结构体存放的数据称为元数据（metadata）。
objc_class 结构体的第一个成员变量是 isa 指针，isa 指针保存的是所属类的结构体的实例的指针，这里保存的就是 objc_class 结构体的实例指针，而实例换个名字就是对象。换句话说，Class（类）的本质其实就是一个对象，我们称之为类对象。

2.objc/objc.h 中关于 Object（对象）的定义
Object（对象）被定义为objc_object 结构体，其数据结构如下：

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa;       // objc_object 结构体的实例指针
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

id 被定义为一个指向 objc_object 结构体的指针。从中可以看出 objc_object 结构体只包含一个 Class 类型的 isa 指针。
换句话说，一个 Object（对象）唯一保存的就是它所属Class（类）的地址。当我们对一个对象，进行方法调用时，比如 [receiver selector];，它会通过objc_object 结构体的isa 指针去找对应的 object_class 结构体，然后在 object_class 结构体的 methodLists（方法列表）中找到我们调用的方法，然后执行。

3. Meta Class（元类）
从上边我们看出，对象（objc_object 结构体）的isa 指针指向的是对应的类对象（object_class 结构体）。那么类对象（object_class 结构体）的 isa 指针又指向什么呢？

object_class 结构体的 isa 指针实际上指向的的是类对象自身的Meta Class（元类）。
Meta Class（元类）就是一个类对象所属的类。一个对象所属的类叫做类对象，而一个类对象所属的类就叫做元类。
Runtime 中把类对象所属类型就叫做Meta Class（元类），用于描述类对象本身所具有的特征，而在元类的 methodLists 中保存了类的方法链表，即「类方法」。并且类对象中的 isa 指针指向的就是元类。
每个类对象有且仅有一个与之相关的元类。

4.实例对象（object）、class(类)、Meta Class(元类)之间的关系

图片来自网络

水平方向上，每一级中的实例对象的 isa 指针指向了对应的类对象，而类对象的isa 指针指向了对应的元类。而所有元类的 isa 指针最终指向了 NSObject 元类，因此 NSObject 元类也被称为根源类。
垂直方向上，元类的 isa 指针和父类元类的 isa 指针都指向了根元类。而根源类的 isa 指针又指向了自己。
类对象的父类指针指向了父类的类对象，父类的类对象又指向了根类的类对象，根类的类对象最终指向了nil。
元类的父类指针指向了父类对象的元类。父类对象的元类的父类指针指向了根类对象的元类，也就是根元类。而根元类的父类指针指向了根类对象，最终也指向了nil。

5.最后说下Method(方法)
object_class 结构体的methodLists（方法列表）中存放的元素就是Method(方法)。
在objc/runtime.h 中，表示Method(方法) 的 objc_method 结构体的数据结构：

/// An opaque type that represents a method in a class definition.
/// 代表类定义中一个方法的不透明类型
typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name;                    // 方法名
    char * _Nullable method_types;               // 方法类型
    IMP _Nonnull method_imp;                     // 方法实现
};

objc_method 结构体中包含了方法名（method_name），方法类型（method_types）和方法实现（method_imp）。
SEL method_name; // 方法名

/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

SEL 是一个指向 objc_selector 结构体的指针，只是一个保存方法名的字符串。

SEL sel = @selector(viewDidLoad);
NSLog(@"%s", sel);              // 输出：viewDidLoad
SEL sel1 = @selector(testSEL);
NSLog(@"%s", sel1);             // 输出：testSEL

IMP method_imp; // 方法实现

/// A pointer to the function of a method implementation. 
#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 
#else
typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...); 
#endif

IMP 的实质是一个函数指针，所指向的就是方法的实现。IMP用来找到函数地址，然后执行函数。

char * method_types; // 方法类型
方法类型 method_types是个字符串，用来存储方法的参数类型和返回值类型。
Method 就是将 SEL（方法名）和 IMP（函数指针）关联起来，当对一个对象发送消息时，会通过给出的 SEL（方法名）去找到 IMP（函数指针），然后执行。

Object-C Runtime：对象、类、元类以及方法

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