Objective-C 的类与对象

发表于:, 更新于:, By Rm1210
大纲
  1. 1. 缘起
  2. 2. 实例对象的数据结构
  3. 3. 类的数据结构
  4. 4. 回归题目

缘起

那天在 sunnyxx 的博客 看到这道题目：

下面的代码报错？警告？还是正常输出什么？

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Father *father = [Father new];
BOOL b1 = [father responseToSelector:@selector(responseToSelector:)];
BOOL b2 = [Father responseToSelector:@selector(responseToSelector:)];
NSLog(@"%d, %d", b1, b2);

大家可以到原博文看博主给出的答案。当我感觉弄懂这道题的时候，不禁感叹背后蕴含知识点的丰富，特此记录一下。

实例对象的数据结构

答案中说：

不论是实例对象还是 Class，都是 id 类型的对象

从 objc/objc.h 中可以找到 id 类型的结构体：

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/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

可以看到，代表实例对象的结构体只有一个字段：指向代表其类的 isa 指针。在上面的例子中，当我们创建 father 这个实例对象的时候，会在内存分配一个 objc_object 结构体的空间（后面还有类的实例变量的空间），这个 objc_object 的 isa 指向代表 Father 类的结构体。那代表 Father 类的结构体又是怎么样的呢？

类的数据结构

在 objc/objc.h 中可以看到代表类（Class）的数据结构的声明：

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

这是一个指向 objc_class 结构体的指针；在 runtime.h 中可以找到其定义：

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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 *` */
  • 为什么 objc_class 也像 objc_object 一样有一个指向代表类的结构的指针 isa？因为 Class 也是对象，既然是对象它也需要一个指针指向自己的类，这个类便是所谓的元类（Meta Class）。
  • 当我们调用类的实例方法时（例如题目中的：BOOL b1 = [father responseToSelector:@selector(responseToSelector:)];），是向实例对象 father 发送消息，然后会根据 father 的 isa 找到代表其类的 Father 的 objc_class，然后在其 methodLists 中寻找对应的 selector。
  • 当我们调用类的类方法时（例如题目中的：BOOL b2 = [Father responseToSelector:@selector(responseToSelector:)];），是直接向类对象 Father 发送消息，然后根据 Father 的 isa 找到其元类，然后在元类的 methodLists 中寻找该类方法的 selector。
  • 既然元类也是 Class 类型的，它的 isa 又指向哪里呢？难道还有“元元类”。。。？这样无限延伸下去就没完了。所有有两条规则来终结这种无限延伸：
    1. 除了基类的元类，所有元类的 isa 指向基类的元类
    2. 基类的元类的 isa 指向基类的元类自己

这种关系如图所示：

元类关系

图中我们还应该注意的是：

  • 基类的父类指向 nil，即其 objc_class 结构体中的 super_class 字段为 NULL。如果想用 runtime 方法 objc_allocateClassPair 动态生成一个基类，superclass 需要注意。

还有一个有趣的关系：

  • 基类的 meta-class 的父类指向的是基类。（不明白为什么设计，请大家指教）

回归题目

正如 上一篇文章 描述的寻找 selector 的过程：

  • 实例对象 father 的类对象 Father 不响应 responseToSelector:，一直沿继承体系找到 NSObject，NSObject 响应该消息，所以 b1 为 YES。
  • Father 的 meta-class 不响应 responseToSelector:，一直沿继承体系找到 NSObject 的 meta-class，也不响应该消息，然后找到了 NSObject 的 meta-class 的 superclass 为 NSObject，响应该消息，所以 b2 也为 YES。
  • 正如博主补充中说的：也可能是 NSObject 的 meta-class 实现了什么私有的类方法来响应对应的实例方法，那 NSObject 的 meta-class 就会直接响应该消息返回 YES。
致谢。这道题目让我一下子记住了上面那个关系图，感谢题目的构思者 ：）。（应该就是博主sunnyxx吧？）