深入理解objc中的类与对象

引言

促使我写这篇文章的主要原因是我发现平时利用的class方法与object_getClass函数的返回值竟然是不一样的,这与我之前理解的类的概念一直有所偏差。在查阅了部分资料后,发现对objc中关于类与对象有了一个新的理解,遂撰此文记录下。

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深入了解类与对象

想要搞清楚这两个方法的区别,需要彻底搞清楚objc中关于类与对象的概念。

objc中对象与类的概念

objc中关于对象的定义如下:

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

可见对象是一个含有isa指针的结构体。那么isa指向的Class又是什么呢?

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

原来Class是一个指向objc_class结构体的指针,apple的注释写的很清楚,Class相当于objc中的类。所以只有我们搞明白了objc_class结构体到底是什么,也就搞清楚了objc中关于类的概念。
objc/runtime.h中关于该结构体的定义如下:

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 *` */

虽然下面的一段串内容已经是OBJC2_UNAVAILABLE了,但依然可以看出一些apple关于class的定义的倪端:

  1. 我们注意到,objc_class结构体内部也含有一个isa指针,也就说“类也是有类的”。虽然读起来很拗口,但这也是为什么类有时候也被称为类对象的原因:类其实也是一个对象~
  2. 下面一段内容含有:类的方法列表(这些方法其实都是对象方法,至于为什么,后面解释),类的成员变量列表,类的cache列表,类的协议列表。更重要的是,它还有一个指向Classsuper_class指针。

接下来,我们来一一讲解这些东西到底都是干嘛的。


  • 要想搞清楚下面的概念,首先要知道顶部的Class isa的含义。我们之前已经提到过,类也是对象,正是因为这个isa指针。我们从objc_object的结构体定义中已经看得很明白:何为对象?不过是一个含有指向Classisa指针罢了。故类不过也是一个对象。

  • 看到这如果你没有一个清晰的概念,可能已经糊涂了。没关系,只要搞明白类对象里的isa指针指向的是什么,你就明白了一切。先上个图:

对象,类,元类

我们现在讲的类对象,就是中间的RootClass,ASuperClass,AClass。我们可以清晰的看到,此处的isa指针指向的是MetaClass,又译为元类。而所谓元类,就是类对象的类,也可以说是类对象的类对象

看到这里,你可能已经恍然大悟:对象的isa指针指向类对象,类对象的isa指针指向了元类。元类的isa指针指向根元类。三者统一了objc关于对象,类的基本概念。

  • 讲完了对象,类对象的isa指针。让我们回到objc1中关于那长长的一串定义:
#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

结合上面的元类概念,我们就能明白,原来苹果设计类对象的用意,就是为了存储对象的某些信息,比如对象方法,类遵守的一些协议,对象的属性,对象的类的父类(拗口。。。)等等。所以我们也就不能理解设计元类的用意:存储类的一些信息,比如类方法就存在元类里。相信读到这里,已经对objc中的对象和类有了一个很深刻的理解。下面说说我写这篇文章的主要原因:理解object_getClass函数与class方法。

理解object_getClass函数与class方法。

注:此处需要对runtime有了解

天天都在用的class方法

  • 说起class方法这个方法,大家必然都不陌生,最常用的大概就是下面这个对象方法:

    Class aClass = [anObject class];
    

    此方法目的就是返回某个对象的类。说到这里,结合上面的结论,既然类是一个对象,那么给类发送class消息会怎么样?会编译不过?还是crash?

    Clas aClass = [NSObject class];
    

    上面这种写法是完全可行的,但是并没有任何意义。给类对象发送class消息,会返回类对象自身。

    如何验证?

      //用作测试的类    
      @interface testClass : NSObject
      
      @end
      
      //测试代码
        testClass *testObject = [testClass new];
        Class testObjectClass = [testObject class];
        Class aClass = [testClass class];
          
        NSLog(@"testObjectClass.p == %p",testObjectClass); //object's class
          
        NSLog(@"[testClass class].p === %p",aClass);// class's class
    

    最后结果:

      2016-08-16 16:21:25.581 总结测试[49724:3045182] testObjectClass.p == 0x100286ed8 
      2016-08-16 16:21:25.581 总结测试[49724:3045182] [testClass class].p === 0x100286ed8
    
  • 为什么会这样?

      - (Class)class OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use 'anObject.dynamicType' instead");
      + (Class)class OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use 'aClass.self' instead");//[NSObject class]
      + (Class)class;//[NSProxy class]
    

    点开class方法定义我们会发现,其实class既是类方法,也是对象方法。只不过执行对象方法的时候,会返回自己。代码:

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

    也就理解为:当调用者是类对象时,class方法返回自身;当调用者是对象时,返回object_getClass函数的返回值。(object_getClass函数其实返回的是isa指针指的对象,后面会解释)

强大的runtime函数:object_getClass

  • 知道了class方法的实质,接下来就要好好了解下object_getClass这个函数了。结合上面的给出的对象、类、元类图我们能猜想出该函数的伪码:

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

    就是说:该函数返回的是idisa指向的结构体

  • 看到这里,你也许感觉豁然开朗,于是你可能会这样写:

      NSNumber *aNumber = [NSNumber numberWithInt:2];
    
      NSLog(@"instance.p === %p",aNumber);//对象地址
      
      NSLog(@"classInstance.p === %p",[NSNumber class]);//类对象地址 class方法获得
      NSLog(@"classInstance.pWithGetClassFunc%p",object_getClass(aNumber));//类对象地址 函数获得
      
      NSLog(@"metaClass.p%p",object_getClass(object_getClass(aNumber)));//类对象的isa指针
      NSLog(@"metaClass.isa.p%p,",object_getClass(object_getClass(object_getClass(aNumber))));//元类的isa指针
      NSLog(@"metaClass.isa.isa.p%p",object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(aNumber)))));//元类的isa指针的isa指针
      NSLog(@"metaClass.isa.isa.isa.p%p",object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(aNumber))))));//元类的isa指针的isa指针的isa指针
        
    
    然后你会看到如下输出:
        
      instance.p ===                        0xb000000000000022
      classInstance.p ===                  0x10e5022a0
      classInstance.pWithGetClassFunc       0x105a6a368
      
      metaClass.p                           0x105a6a390
      metaClass.isa.p                       0x105617198
      metaClass.isa.isa.p                   0x105617198
      metaClass.isa.isa.isa.p               0x105617198
    

    先看第二段,你会发现第一行和第二行的地址不一样,这是因为元类的isa 指针指向的是根元类,而根元类的isa指针指向自己。

    再看第一段,对象的地址和类对象的地址完全不一样。这是因为类对象既不在栈上,也不在堆上。你可以把它理解为单粒。至于为什么是这样,不在本文讨论中。有兴趣的同学可以自己查阅资料。

    然后我们会发现[NSNumber class]获得的类对象与函数object_getClass获得的类对象地址居然不一样?!

    what f -- k

    没关系,耐着性子这样查:

    Class class1 = [NSNumber class];
    Class class2 = [aNumber class];
    Class class3 = object_getClass(aNumber);
    

    打个断点,在控制台依次p出每个class:

     (lldb) p class1
     (Class) $0 = NSNumber
     (lldb) p class2
     (Class) $1 = __NSCFNumber
     (lldb) p class3
     (Class) $2 = __NSCFNumber
    

原来NSNumber是类簇。这里还是简单的说说类簇的概念吧:一个父类有好多子类,父类在返回自身对象的时候,向外界隐藏各种细节,根据不同的需要返回的其实是不同的子类对象,这其实就是抽象类工厂的实现思路,iOS最典型的就是NSNumber


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至此,终于写完了这篇文章。希望对大家有所帮助吧~~

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