深入淺出Cocoa之類與對象
本文轉自：http://blog.csdn.com/kesalin/。
最近打算寫一些ObjC中比較底層的東西，尤其是 runtime 相關的。蘋果已經將 ObjC runtime 代碼開源了，我們可以從：http://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-493.9/runtime/ 瀏覽源代碼，或點此下載源代碼。
從哪里入手呢？那當然是最基本的類與對象。與C++相比，ObjC中的類與對象結構要簡潔與一致得多（參考《深度探索C++對象模型》，你就知道C++中類與對象結構的復雜）。本文將詳細講解ObjC中類與對象的結構，下回將講如何在 runtime 時操作類。
我們可以在/usr/include/objc/objc.h 和 runtime.h 中找到對 class 與 object 的定義：
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object {
Class isa;
} *id;
typedef struct objc_object {
Class isa;
} *id;
Class 是一個 objc_class 結構類型的指針；而 id（任意對象） 是一個 objc_object 結構類型的指針，其第一個成員是一個 objc_class 結構類型的指針。注意這里有一關鍵的引申解讀： 內存布局以一個 objc_class 指針為開始的所有東東都可以當做一個 object 來對待！ 那 objc_class 又是怎樣一個結構體呢？且看：
struct objc_class
{
struct objc_class* isa;
struct objc_class* super_class;
const char* name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list* ivars;
struct objc_method_list** methodLists;
struct objc_cache* cache;
struct objc_protocol_list* protocols;
};
{
struct objc_class* isa;
struct objc_class* super_class;
const char* name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list* ivars;
struct objc_method_list** methodLists;
struct objc_cache* cache;
struct objc_protocol_list* protocols;
};
objc_class 結構體的各成員介紹如下：
isa ：是一個 objc_class 類型的指針，看到這里，想起我前面的引申解讀了沒？ 內存布局以一個 objc_class 指針為開始的所有東東都可以當做一個 object 來對待！ 這 就是說 objc_class 或者說類其實也可以當做一個 objc_object 對象來對待！對象是對象，類也是對象，是不是有點混淆？別急，ObjC發明（or 重用）了一個術語來區分這兩種不同的對象：類對象（class object）與實例對象（instance object）。OK，名稱混淆的問題解決，下面我將使用這兩個術語來區分不同的對象，而使用“對象”這一術語來泛指所有的對象。ObjC還對類對象與實 例對象中的 isa 所指向的類結構作了不同的命名：類對象中的 isa 指向類結構被稱作 metaclass，metaclass 存儲類的static類成員變量與static類成員方法（+開頭的方法）；實例對象中的 isa 指向類結構稱作 class（普通的），class 結構存儲類的普通成員變量與普通成員方法（-開頭的方法）。
super_class ：一看就明白，指向該類的父類唄！如果該類已經是最頂層的根類（如 NSObject 或 NSProxy），那么 super_class 就為 NULL。
好，先中斷一下其他類結構成員的介紹，讓我們厘清一下在繼承層次中，子類，父類，根類（這些都是普通 class）以及其對應的 metaclass 的 isa 與 super_class 之間關系:
規則一：類的實例對象的 isa 指向該類；該類的 isa 指向該類的 metaclass；
規則二：類的 super_class 指向其父類，如果該類為根類則值為 NULL；
好吧，文字總是那么乏力，有圖有真相！
metaclass 是 class object 的類類型。當我們向類對象發送消息（類方法）時，我們在該類對象的 metaclass 結構的 methodlists 中去查找響應的函數，如果沒有找到匹配的響應函數則在該 metaclass 的父類中的 methodlists 去查找（查找鏈為上圖的最右邊那一排）。如下面的代碼中，向 NSString 類對象發送 stringWithString 消息，會在 NSString 的 metaclass 類結構的 methodlists 中去查找 stringWithString 的響應函數。
好，至此我們明白了類的結構層次，讓我們接著看類結構中的其他成員。
name ：一個 C 字符串，指示類的名稱。我們可以在運行期，通過這個名稱查找到該類（通過：id objc_getClass(const char *aClassName)）或該類的 metaclass（id objc_getMetaClass(const char *aClassName)）；
version ：類的版本信息，默認初始化為 0。我們可以在運行期對其進行修改（class_setVersion）或獲取（class_getVersion）。
info ：供運行期使用的一些位標識。有如下一些位掩碼：
規則三：metaclass 的 isa 指向根 metaclass，如果該 metaclass 是根 metaclass 則指向自身；
規則四：metaclass 的 super_class 指向父 metaclass，如果該 metaclass 是根 metaclass 則指向該 metaclass 對應的類； 好吧，文字總是那么乏力，有圖有真相！
<INSTANCE 關系圖="" super_class="" 與="" isa="" 的="" object，class，metaclass="">
那么 class 與 metaclass 有什么區別呢？
class 是 instance object 的類類型。當我們向實例對象發送消息（實例方法）時，我們在該實例對象的 class 結構的 methodlists 中去查找響應的函數，如果沒找到匹配的響應函數則在該 class 的父類中的 methodlists 去查找（查找鏈為上圖的中間那一排）。如下面的代碼中，向str 實例對象發送 lowercaseString 消息，會在 NSString 類結構的 methodlists 中去查找 lowercaseString 的響應函數。
NSString * str;
[str lowercaseString];
[str lowercaseString];
metaclass 是 class object 的類類型。當我們向類對象發送消息（類方法）時，我們在該類對象的 metaclass 結構的 methodlists 中去查找響應的函數，如果沒有找到匹配的響應函數則在該 metaclass 的父類中的 methodlists 去查找（查找鏈為上圖的最右邊那一排）。如下面的代碼中，向 NSString 類對象發送 stringWithString 消息，會在 NSString 的 metaclass 類結構的 methodlists 中去查找 stringWithString 的響應函數。
[NSString stringWithString:@"str"];
</instance></div>
</div>
好，至此我們明白了類的結構層次，讓我們接著看類結構中的其他成員。
name ：一個 C 字符串，指示類的名稱。我們可以在運行期，通過這個名稱查找到該類（通過：id objc_getClass(const char *aClassName)）或該類的 metaclass（id objc_getMetaClass(const char *aClassName)）；
version ：類的版本信息，默認初始化為 0。我們可以在運行期對其進行修改（class_setVersion）或獲取（class_getVersion）。
info ：供運行期使用的一些位標識。有如下一些位掩碼：
CLS_CLASS (0x1L) 表示該類為普通 class ，其中包含實例方法和變量；
CLS_META (0x2L) 表示該類為 metaclass，其中包含類方法；
CLS_INITIALIZED (0x4L) 表示該類已經被運行期初始化了，這個標識位只被 objc_addClass 所設置；
CLS_POSING (0x8L) 表示該類被 pose 成其他的類；（poseclass 在ObjC 2.0中被廢棄了）；
CLS_MAPPED (0x10L) 為ObjC運行期所使用
CLS_META (0x2L) 表示該類為 metaclass，其中包含類方法；
CLS_INITIALIZED (0x4L) 表示該類已經被運行期初始化了，這個標識位只被 objc_addClass 所設置；
CLS_POSING (0x8L) 表示該類被 pose 成其他的類；（poseclass 在ObjC 2.0中被廢棄了）；
CLS_MAPPED (0x10L) 為ObjC運行期所使用
CLS_FLUSH_CACHE (0x20L) 為ObjC運行期所使用
ivars ：指向 objc_ivar_list 的指針，存儲每個實例變量的內存地址，如果該類沒有任何實例變量則為 NULL；
methodLists ：與 info 的一些標志位有關，CLS_METHOD_ARRAY 標識位決定其指向的東西（是指向單個 objc_method_list還是一個 objc_method_list 指針數組），如果 info 設置了 CLS_CLASS 則 objc_method_list 存儲實例方法，如果設置的是 CLS_META 則存儲類方法；
cache ：指向 objc_cache 的指針，用來緩存最近使用的方法，以提高效率；
protocols ：指向 objc_protocol_list 的指針，存儲該類聲明要遵守的正式協議。
總結 ：
ObjC 為每個類的定義生成兩個 objc_class ，一個即普通的 class，另一個即 metaclass。我們可以在運行期創建這兩個 objc_class 數據結構，然后使用 objc_addClass 動態地創建新的類定義。這個夠動態夠強大的吧？下回講演示如何在運行期動態創建新類。
CLS_GROW_CACHE (0x40L) 為ObjC運行期所使用
</div>
CLS_NEED_BIND (0x80L) 為ObjC運行期所使用
CLS_METHOD_ARRAY (0x100L) 該標志位指示 methodlists 是指向一個 objc_method_list 還是一個包含 objc_method_list 指針的數組； instance_size：該類的實例變量大小（包括從父類繼承下來的實例變量）；
</div>ivars ：指向 objc_ivar_list 的指針，存儲每個實例變量的內存地址，如果該類沒有任何實例變量則為 NULL；
methodLists ：與 info 的一些標志位有關，CLS_METHOD_ARRAY 標識位決定其指向的東西（是指向單個 objc_method_list還是一個 objc_method_list 指針數組），如果 info 設置了 CLS_CLASS 則 objc_method_list 存儲實例方法，如果設置的是 CLS_META 則存儲類方法；
cache ：指向 objc_cache 的指針，用來緩存最近使用的方法，以提高效率；
protocols ：指向 objc_protocol_list 的指針，存儲該類聲明要遵守的正式協議。
總結 ：
ObjC 為每個類的定義生成兩個 objc_class ，一個即普通的 class，另一個即 metaclass。我們可以在運行期創建這兩個 objc_class 數據結構，然后使用 objc_addClass 動態地創建新的類定義。這個夠動態夠強大的吧？下回講演示如何在運行期動態創建新類。
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