彻底搞懂OC中的对象、类、元类概念

前言

写过iOS的人都知道runtime这个概念，那么OC在面向对象里面的类和实例以及经常被提到的元类，这些到底和runtime是什么关系？又是如何实现的？下面就来彻底的学习下这几个概念。

这些概念是如何定义的

首先在你的xcode中打开 obc/runtime.h 头文件，里面有一个结构体定义：

struct object_class{
    Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
     Class super_class                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父类
     const char *name                         OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
     long version                             OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息，默认为0
     long info                                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息，供运行期使用的一些位标识
     long instance_size                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
     struct objc_ivar_list *ivars             OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量链表
     struct objc_method_list *methodLists     OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的链表
     struct objc_cache *cache                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
     struct objc_protocol_list *protocols     OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
#endif
}OBJC2_UNAVAILABLE;

结构体的每个数据项都有注释，结构体定义的已经很清楚了，这个结构体其实就是我们所说的类，里面各项数据都保存了一个类的所有元数据，然后我们先看下他的 Class isa这个指针的类型是什么，点进去你会发现，他是这样定义的：

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

原来isa指针指向的依然是个 object_class 结构体，只不过为了语义化起个名字叫Class,那么现在我们再看下类实例是如何定义的：

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

因为我们初始化一个类的实例可以直接用id来定义，那么id就是上面这样定义的，所以类的实例初始化完了之后，它的内部就多了一个isa指针，刚我们已经说了这个指针类型指向的是object_class结构体，其实也就是指向了这个实例所属的类。

它们之间是如何联系的

上面讲了它们各自的定义，下面就来说说他们之间的关系，其实很简单当我们创建一个对象的时候比如：

id objc = [[ClassA alloc] init];

我们的实例objc里面包含了一个isa指针，这个指针就指向了ClassA类的元数据，因此我们就能用objc对象去调用它的实例方法以及实例变量等功能，这样我们就把实例和类联系在了一起。

那么我们再说说元类，其实我们上面定义的ClassA他其实也是一个对象，如果这里不好理解，你就想上面我们定义的实例objc他要是想调用它的实例方法可以通过isa指针去ClassA里面去找，那我们平时说的类方法是放在哪里的呢？答案就是ClassA这个类里面的isa指针也指向了一个object_class结构体，这个里面就放了ClassA的类方法，因此也成它为元类

下面放一张图来帮助理解下之间的关系：

图一

图二

所有元类都有一个根元类，比如所有NSObject的子类的元类都会以NSObject的元类作为他们的类。所有的元类使用根元类作为他们的类，根元类的元类则就是它自己，也就是说根元类的isa指针指向他自己。

因此实例在寻找方法时的规则为：

当发送消息给实例对象时，消息是在寻找这个对象的类的方法列表(实例方法)
当发送消息给类对象时，消息是在寻找这个类的元类的方法列表(类方法)

示例测试：

People *p = [[People alloc] init];
//输出1
NSLog(@"%d", [p class] == object_getClass(p));
//输出0
NSLog(@"%d", class_isMetaClass(object_getClass(p)));
//输出1
NSLog(@"%d", class_isMetaClass(object_getClass([People class])));
//输出0
NSLog(@"%d", object_getClass(p) == object_getClass([People class]));

通过代码可以看出，一个实例对象通过class方法获取的Class就是它的isa指针指向的类对象，而类对象不是元类，类对象的isa指针指向的对象是元类。

总结

总结一下实例对象，类对象以及元类对象之间的isa指向和继承关系的规则为:

规则一: 实例对象的isa指向该类，类的isa指向元类(metaClass)
规则二: 类的superClass指向其父类，如果该类为根类则值为nil
规则三: 元类的isa指向根元类，如果该元类是根元类则指向自身
规则四: 元类的superClass指向父元类，若根元类则指向该根类

其实实例、类、元类最主要的链接通道就是他们的isa指针，理解了值之间的概念就很容易掌握OC，其实这个概念只是runtime概念中的一点前菜，runtime概念和应用都是iOS开发中比较重要的，所以object_class这个结构体中剩下的数据项我会在这篇文章中详细讲解。