「类与对象」NSObject对象的分类

概要

刚开始接触Objective-C语言的时候，看到说到的最多的概念就是「类和对象」。最初的认识停留在把类实例化就变成对象了，天真认为只存在类与对象两种。

其实，存在三种类型(高富美)的对象，分别是实例对象、类对象、元类对象。经常挂在嘴边的「类与对象」在本质上只是指类对象与实例对象。说了这么多对象，可就没有一个属于单身狗的(￣▽￣)*。

实例对象（Instance）

实例对象的产生

实例对象是通过类alloc出来的对象，一个实例对象占用一块内存。在上篇文章中，讲解了一个NSObject对象的内存布局，得知一个实例对象存储着isa指针和其他成员变量，其中存储的成员变量确切的讲，是存储成员变量的赋值。 其中，isa指向该实例对象的地址，是实例对象编译后的结构体中的第一个成员变量。

@interface JLDog: NSObject {
    int _age;
}
@end

@implementation JLDog
@end

// 实例对象调用
JLDog *dog = [[JLDog alloc] init];
dog->_age = 3;
实例对象的内存分配

类对象（Class）

每一个类在内存有且只有一个类对象，一个类对象可以实例化N个实例对象。

具体使用如下所示：

NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];

Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass2 = [object2 class];

Class objectClass3 = object_getClass(object1);
Class objectClass4 = object_getClass(object2);

Class objectClass5 = [NSObject class];

// 打印一下一个实例对象所对应的类对象的地址
NSLog(@"%p %p",
              object1,
              object2);

NSLog(@"%p %p %p %p %p",
              objectClass1,
              objectClass2,
              objectClass3,
              objectClass4,
              objectClass5);

打印结果如下所示：

// 实例对象所对应的地址如下所示：
0x1004068e0 0x100405dc0

// 类对象的地址如下所示：
0x7fffe7295140 0x7fffe7295140 0x7fffe7295140
0x7fffe7295140 0x7fffe7295140

通过打印的结果得知，实例对象所对应的类对象的地址都是唯一确定的。

在上面举例中，用到了两个获取类对象的方法：

  • Class
  • object_getClass

具体看一下上述两个方法的源码实现。

+ (Class)class {
    return self;
}

该类方法中直接返回当前类对象。

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

Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}

实例方法-(void)class 与 object_getClass指向的是同一实现，都是返回当前对象中isa所指向的对象。实例对象的isa都指向类对象，所以控制台打印的结果得以验证。

类对象存储的信息

  • isa指针，指向类对象的地址
  • superclass指针
  • 类的属性信息(property)
  • 类的对象方法信息（instance method）
  • 类的协议信息(protocol)
  • 类的成员变量信息(iVar)（专指成员变量自身定义的结构，不是存储真实的赋值，需与实例对象中存储的成员变量进行区分）
类对象存储的数据结构

元类对象（MetaClass）

说起元类对象，相较于上面两种而言，不是很熟悉，元类对象没有显式的创建过程，用一句不太准确的话概括就是元类对象是类对象的类对象。不过，不用着急，后面的内容会慢慢揭开元类对象的神秘面纱。

  • 获取元类对象的方法
 Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
  • 判断是否为元类对象
BOOL isMetaClass = class_isMetaClass(objectMetaClass);

关于class_isMetaClass源码如下：

BOOL class_isMetaClass(Class cls)
{
    if (!cls) return NO;
    return cls->isMetaClass();
}

bool isMetaClass() {
        assert(this);
        assert(isRealized());
        return data()->ro->flags & RO_META;
}

元类对象存储的信息

  • isa指针
  • superclass指针
  • 类方法信息（class method）
  • 类属性(class property)
@property (nonatomic, strong, class) NSString *name;
元类对象存储

三种对象的关系

在官方开发文档中，找到下面这张用于阐释实例对象、类对象、元类对象三者的关系图。通过图片可以得知，是沿着两条主线讲解，一个是isa，一个是superClass，后续的内容也将围绕这两条主线讲解这三种对象的关系。

isa&superClass.png

isa

情景一：普通类对象

isa1.png
@interface JLDog : JLAnimal
@end

@implementation JLDog
@end
  
// instance
JLDog *oneDog = [[JLDog alloc] init];
    
// class
Class oneDogClass = [JLDog class];
    
// meta-class
Class oneDogMetaClass = object_getClass(oneDogClass);

通过图片和上述实例代码得知，实例对象的isa指向该实例对象对应的类对象，类对象的isa指向该类对象所对应的元类对象，环环相扣。

情景二：元类对象

metaClass.png
void testISAForMetaClass() {
    // 基类地址
    Class rootClass = [NSObject class];
    NSLog(@"rootClass - %p", rootClass);
    
    // 基类的元类对象
    Class rootMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
    NSLog(@"rootMetaClass - %p", rootMetaClass);
    
    // 基类元类对象的元类对象
    Class rootRootMetaClass = object_getClass(rootMetaClass);
    NSLog(@"rootRootMetaClass - %p", rootRootMetaClass);
    
    // JLAnimal的元类对象
    Class animalMetaClass = object_getClass([JLAnimal class]);
    NSLog(@"animalMetaClass's meta class - %p", object_getClass(animalMetaClass));
    
    // JLDog的元类对象
    Class dogMetaClass = object_getClass([JLDog class]);
    NSLog(@"dogMetaClass's meta class - %p", object_getClass(dogMetaClass)); 
}

打印的结果如下：

rootClass - 0x7fff89e066c0
rootMetaClass - 0x7fff89e06698
rootRootMetaClass - 0x7fff89e06698
animalMetaClass's meta class - 0x7fff89e06698
dogMetaClass's meta class - 0x7fff89e06698

通过上图中的走势线1、2可知，元类对象的isa都指向基类的元类对象，由走势线3可知，基类的元类对象的isa指向自身。

方法调用的过程

isa-class.png
  • instance的isa指向class，当调用实例方法时，需要通过isa指针找到class，再从类对象(class)的对象方法中找到对应的方法进行调用；
  • class的isa指向meta-class，当调用类方法时，通过isa找到metaClass，再找到对应的类方法进行调用。
  • 同理，类对象调用类方法，通过类对象的isa指针找到对应的元类对象，再从元类对象的类方法列表找到对应的方法调用。

superclass

情景一：类对象

class-superclass.png
@interface JLAnimal : NSObject
@end

@implementation JLAnimal
@end

@interface JLDog : JLAnimal
@end

@implementation JLDog
@end
  
void testSuperClass() {
    Class dogClass = [JLDog class];
    NSLog(@"JLDog class = %p", dogClass);
    
    Class animalClass = [JLAnimal class];
    NSLog(@"JLAnimal class = %p", animalClass);
    
    Class dogSuperClass = class_getSuperclass(dogClass);
    NSLog(@"JLDog's super class = %p", dogSuperClass);
    
    Class animalSuperClass = class_getSuperclass(animalClass);
    NSLog(@"JLAnimal's super class = %p", animalSuperClass);
    
    Class objClass = [NSObject class];
    NSLog(@"NSObject class = %p", objClass);
}

打印结果如下：

JLDog class = 0x10e3fb410
JLAnimal class = 0x10e3fb3c0
JLDog's super class = 0x10e3fb3c0
JLAnimal's super class = 0x7fff89e066c0
NSObject class = 0x7fff89e066c0

通过上述代码段和图片可知，JLDog的父类是JLAnimal， JLAnimal的父类是NSObject。

情景二：元类对象

metaclass-superclass.png
void testMetaSuperClass() {
    Class dogMetaClass = object_getClass([JLDog class]);
    NSLog(@"JLDog meta class = %p", dogMetaClass);
    
    Class animalMetaClass = object_getClass([JLAnimal class]);
    NSLog(@"JLAnimal meta class = %p", animalMetaClass);
    
    Class dogMetaSuperClass = class_getSuperclass(dogMetaClass);
    NSLog(@"JLDog meta class's super class = %p", dogMetaSuperClass);
    
    Class animalMetaSuperClass = class_getSuperclass(animalMetaClass);
    NSLog(@"JLAnimal's super class = %p", animalMetaSuperClass);
    
    Class objMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
    NSLog(@"NSObject meta class = %p", objMetaClass);
    
    Class objMetaSuperClass = class_getSuperclass(objMetaClass);
    NSLog(@"NSObject meta class's superClass = %p", objMetaSuperClass);
    
    Class objClass = [NSObject class];
    NSLog(@"NSObject class = %p", objClass);
}

打印结果如下：

JLDog meta class = 0x1041b6488
JLAnimal meta class = 0x1041b6438
JLDog meta class's super class = 0x1041b6438
JLAnimal's super class = 0x7fff89e06698
NSObject meta class = 0x7fff89e06698
NSObject meta class's superClass = 0x7fff89e066c0
NSObject class = 0x7fff89e066c0

其中：

NSObject meta class's superClass = 0x7fff89e066c0
NSObject class = 0x7fff89e066c0

由上图可知，JLDog的元类对象superclass指向JLAnimal的元类对象，其中，基类的元类对象的superclass指向基类对象。

方法调用过程

superClass.png

当JLDog的实例对象调用JLAnimal的方法时，会先通过isa找到类对象JLDog，然后通过superclass找到类对象JLAnimal，最后找到对象方法进行调用。

小结

通过上面的分析，将NSObject对象分成了实例对象、类对象和元类对象，进而了解了不同对象中的职责和存储的信息不同，从而对NSObject对象有了更深层次的了解。

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