iOS重学之详细分析isa和superclass

2022-11-13  本文已影响0人  重庆妹子在霾都

写在前面

本文将从源码上来详细剖析OC的分类、isa、superclass，带大家重新认识iOS。
苹果源码下载：
1.https://opensource.apple.com/releases/ 搜索objc4找到最新资源进行下载
2.https://opensource.apple.com/source/objc4/
3.https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/ （这个是其他博文提到的下载路径 但是在博主这里会提示404了）

OC对象的分类

OC对象可以分为三种：instance对象（实例对象）、class对象（类对象）、meta-class对象（元类对象），我们现在来一一分析这三种对象。

实例对象

instance对象是调用alloc的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象。

NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
NSLog(@"object1:%p,object2:%p",object1, object2);
// 打印结果：object1:0x6000029982d0,object2:0x600002998220

如上：object1和object2就是instance对象，分别占据不同的内存，它们的内存地址也不一样。
NSObject的源码结构如下：

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa;
}

instance对象在内存中存储的信息包含：
1.isa指针
2.其他成员变量

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) CGFloat weight;

@end

@implementation Person

@end

Person *person1 = [[Person alloc] init];
person1.age = 18;
person1.weight = 45.f;

Person *person2 = [[Person alloc] init];
person2.age = 20;
person2.weight = 50.f;
NSLog(@"person1:%p, person2:%p",person1, person2);

// 打印结果：person1:0x600000374520, person2:0x6000003745e0

上面person1和person2的内存存储信息如下：

1.png

类对象

NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
Class objectClass1 = object_getClass(object);
Class objectClass2 = [object class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
NSLog(@"objectClass1：%p, objectClass2：%p, objectClass3:%p",objectClass1, objectClass2, objectClass3);
          
// 打印结果：objectClass1：0x7fff865a7710, objectClass2：0x7fff865a7710, objectClass3:0x7fff865a7710

如上：objectClass1、objectClass2、objectClass3是同一个对象，它们的内存地址相同，这种叫做class对象。
每个类在内存里面有且仅有一个class对象。

class对象在内存中存储的信息包含：
1.isa指针
2.superclass指针
3.类的属性信息（@property）
4.类的对象方法信息（instance method）
5.类的协议信息（protocol）
6.类的成员变量信息（ivar）
......
注意：
这里的成员变量信息要区别于instance对象里面的成员变量，class对象里面存的是只需要存储一份的东西，比如名称等，instance对象里面存的是具体的值，因为不同的实例对象成员变量的值是不一样的，这里大家要注意去区分。

class对象内存中存储的信息包含：


2.png

元类对象

Class metaClass = object_getClass([NSObject class]);
NSLog(@"metaClass：%p",metaClass);
// 打印结果：metaClass：0x7fff865a76c0

如上：metaClass就是meta-class对象。
class对象和meta-class对象都是Class类，所以meta-class对象里面存储的信息我们可以理解为跟class对象存储的是同样的，但是它们的用途不一样。
每个类在内存里面有且仅有一个meta-class对象。

这里大家可能会有一个疑问：为什么object_getClass传instance对象和class对象得到的是不同的对象？

Class gdb_object_getClass(id obj)
{
if (!obj) return nil;
// 1.如果是instance对象 返回的是class对象
// 2.如果是class对象 返回的是meta-class对象
// 3.如果是meta-class对象 返回的是基类的meta-class对象
return gdb_class_getClass(obj->getIsa());
}

从上面可以看到：是因为isa指针，这个我们在后面会再详细解释。

object_getClass和objc_getClass

object_getClass和objc_getClass都是runtime下的两个函数，区别如下：
object_getClass传的是对象，objc_getClass传的是字符串。

Class personCalss1 = object_getClass(person); 
Class personCalss2 = objc_getClass("Person"); 
NSLog(@"class:%p %p",personCalss1, personCalss2);

+class和-class

+ (Class)class {
    return self;
}

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

isa和superclass

isa和superclass的总结

这里借用网友的一张图片来做总结：


3.png

isa指针

在前面我们说到instance对象的方法是存放在class对象的内存里面，那么它们之间是如何保持这种关联的，就是通过isa指针来保持关联的。

1.instance对象的isa指向class对象。
2.class对象的isa指向meta-class对象。
3.meta-class对象的isa指向基类的meta-class对象。

如何证明instance对象的isa指向class对象?

struct ww_objc_class {
    Class isa;
}; // 这个结构体是自己实现的 因为OC的类对象的isa没有暴露出来使用

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];

  Person *person = [[Person alloc] init];
  struct ww_objc_class *wwPerson =  (__bridge struct ww_objc_class *)(person);
  Class personClass = [person class];
  NSLog(@"---%p, %p",wwPerson->isa, personClass);
}

// 打印结果：p/x (long)person->isa（直接在控制器查看isa值）
2022-11-13 17:35:42.687432+0800 OC对象的本质[50885:15128534] ---0x10a69a540, 0x10a69a540

结论：Person类对象的isa值 = Person类对象的地址值
注意：如果创建一个命令行项目来对比两个地址值，会发现是不相等的需要进行一次位运算才会相等。
命令uname -a可以查看当前环境是64bit还是32bit。

superclass指针

1.instance对象没有superclass指针。
2.class对象的superclass指向父类 的class对象。
3.meta-class对象的superclass指向父类的meta-class对象。
4.如果没有父类， superclass指向nil。
5.基类meta-class对象的superclass指向基类的class对象。

如何验证class对象的superclass指向父类的class对象？

struct ww_objc_class {
    Class isa;
    Class superclass;
};

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];

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

  Class PersonClass = [person class];
  struct ww_objc_class *wwPersonClass =  (__bridge struct ww_objc_class *)(PersonClass);

  Class NSObjectClass = [NSObject class];
  NSLog(@"---%p, %p",wwPersonClass->superclass, NSObjectClass);
}

// 打印结果：
2022-11-13 17:42:05.345430+0800 OC对象的本质[50983:15133846] ---0x7fff865a7710, 0x7fff865a7710

结论：Person类对象的superclass值 = NSObject类对象的地址值

场景一

// Person类
@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, assign) CGFloat weight;

- (void)run;

@end

@implementation Person

- (void)run {
    NSLog(@"---%s ---%@",__func__, self);
}

@end

// Student类
@interface Student : Person

@end

@implementation Student

@end
  
- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];

  Student *student = [[Student alloc] init];
  NSLog(@"---Student:%@",student);
  [student run];
}

// 打印结果：
2022-11-13 16:46:19.413744+0800 OC对象的本质[50121:15084736] ---Student:<Student: 0x600002127fc0>
2022-11-13 16:46:19.413912+0800 OC对象的本质[50121:15084736] ----[Person run] ---<Student: 0x600002127fc0>

student调用run方法的调用流程如下：

  1. 通过student的isa指针找到Student对象。
  2. 查找Student对象里面是否有run方法。
  3. 通过Student对象的superclass指针找到Person对象。
  4. 查找Person对象的run方法。

场景二

// 1.为NSObject写一个分类
@interface NSObject (fly)

- (void)fly;

@end
  
@implementation NSObject (fly)

- (void)fly {
    NSLog(@"-[NSObject fly] ---%p",self);
}

@end
  
// Person类
@interface Person : NSObject

+ (void)fly;

@end

@implementation Person

@end
  
// 调用
- (void)viewDidLoad {
  NSLog(@"Person:%p",[Person class]);
  NSLog(@"NSObject:%p",[NSObject class]);
  [Person fly];  
}

// 打印结果
2022-11-13 17:17:07.265249+0800 OC对象的本质[50673:15113962] Person:0x10197f568
2022-11-13 17:17:07.265404+0800 OC对象的本质[50673:15113962] NSObject:0x7fff865a7710
2022-11-13 17:17:07.265539+0800 OC对象的本质[50673:15113962] -[NSObject fly] ---0x10197f568

如上：Person调用fly这个方法，但是Person里面并没有实现fly这个方法，在NSObject的分类方法里面有一个fly的实例方法。

调用[Person fly]并没有发生崩溃，原因如下：

  1. 通过Personclass对象的isa指针找到Person的meta-class对象。
  2. 查看Person的meta-class对象的内存里面是否有+fly方法。(NO)
  3. 通过Personmeta-class对象的superclass指针找到父类NSObject的meta-class对象。
  4. 查看NSObject的meta-class对象的内存里面是否有+fly方法。(NO)
  5. 通过NSObjectmeta-class对象的superclass指针找到NSObjectclass对象。
  6. 在NSObjectclass对象中找到-fly方法得以调用。
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