iOS底层原理总结--instance、class、meta-calss对象的isa和superclass

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OC对象的分类:instance、class、meta-calss对象的isa和superclass

OC对象的分类主要可以分为三种:

  • instance对象 (实例对象)
  • class对象 (类对象)
  • meta-class对象 (元类对象)

instance

instance对象就是通过类alloc出来的对象,每次调用alloc都会产生新的instance对象。

NSObject *obj1 = [[NSObject alloc]init];
NSObject *obj2 = [[NSObject alloc]init];
  • obj1、obj2是NSObject的instance对象 (实例对象)
  • 它们是不同的两个对象,分别占据两块不同的内存空间
instance对象在内存中存储的信息包括
  • isa指针(所有的实例对象都有的。)
  • 其他成员变量。

问题: 为什么所有的实例对象内存中都有isa那?

答: 因为所有的OC类都是继承自NSObject,所以每一个集成的类都包含NSObject里面所包含的isa。

///> Person类
@interface Person: NSObject{
@public
    int _age;
}
@end

@implementation Person
@end

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p1 = [[Person alloc]init];
        p1->_age = 3;
        
        Person *p2 = [[Person alloc]init];
        p2->_age = 3;
        
    }
}
return 0;

OC_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_instance01.png

  • p1 存储的一定是 右侧[[Person alloc]init] 中实例的对象
    • isa指针
    • _age = 3
    • 如果isa的内存地址为0x10010,那么我们的p1的内存地址也是0x10010,因为isa一定在实例对象的第一位,所以isa的内存地址就是person的内存地址。

class

Class对象在内存中存储的信息包括
       ///> 实例对象
       NSObject *object1 = [[NSObject alloc]init];    ///> 实例对象
       NSObject *object2 = [[NSObject alloc]init];    ///> 实例对象
       
       ///> 类对象
       Class object1Class = [object1 class];          ///> 类对象
       Class object2Class = [object2 class];          ///> 类对象
       Class object3Class = object_getClass(object1); ///> 类对象
       Class object4Class = object_getClass(object2); ///> 类对象
       Class object5Class = [NSObject class];         ///> 类对象
  • isa 指针
  • 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)
    • 成员变量信息:存储的成员变量的类型,名字等,相当于存储的描述信息,只需要存储一份。
      OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_class.png

meta-class

meta-class对象在内存中存储的信息包括
/// 注意: 这个位置我们调用的runtime的object_getClass方法 传入的值是  !!!类对象!!!
Class objectMeatClass = object_getClass([NSObject class]); ///> 元类对象
  • objectMeatClass是NSObject的meta-class对象(元类对象)
  • 每个类在内存中有且只有一个meta-class对象
  • meta-class对象和class对象的内存结构是一样的,但是用途不一样,在内存中存储的信息主要包括
    • isa指针
    • superclass指针
    • 类的类方法信息(class method)
      OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_metaClass.png
 ///> 判断一个对象是否s为元类对象
 BOOL result = class_isMetaClass([NSObject class]);

isa指针

问题1: oc对象的isa指针指向哪里?
问题2: oc类信息存放在哪里?

下面三种isa中一定存在着某种联系的,因为当我们调用一个对象方法 实际上是运用了OC的消息机制:

Person *person = [[Person alloc]init]
[person test];
///> 相当于↓↓↓
objc_msgSend(person, @selector(test));

并且类的对象方法存储的位置在类对象中,而我们的person是一个实例对象,我们需要通过实例对象isa指针去寻找person的类对象,然后调用存储在类对象中的test类方法。

OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_isa%E6%8C%87%E9%92%88.png

  • instance:实例对象中主要存储的是isa和其他成员变量,isa指针指向着class类对象,
  • class: 类对象中主要存储的是isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量。并且类对象的isa指针指向meta-class类对象
  • meta-class: 元类对象中存储 isa、superclass、类方法的信息。

从64bit开始,isa需要进行一次位运算,才能计算出真实地址

OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_isa%E6%8C%87%E9%92%881.png

  • ISA_MASK:
    OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_ISA_MASK.png

superclass

class对象的superclass指针

OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_class-%3Esuperclass.png

  • 上图:我们有一个Student对象,并且继承Person对象
  • 当Student的Instance对象调用Person对象的方法时
    • 会先通过 Student的instance对象的isa指针去找到Student的class
    • 然后,通过Student类对象superclass 寻找Person的class
    • person中存储着对象方法,找到并实现。
    • student的superclass -> person class
    • person的 superclass -> NSObject class

meta-class对象的superclass指针

OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_meta-celss-%3Esuperclass.png

  • 上图有一个Student对象,并且继承Person对象
  • 当Student的Class对象调用Person类的方法时
    • 会先通过 Student的class对象的isa指针去找到Student的meta-class
    • 然后,通过Student的meta-class对象superclass 寻找Person的meta-class
    • person的mete-class中存储着类方法,找到并实现。

总结

OC_2_%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%88%86%E7%B1%BB_isa%3Asupercalss%E6%80%BB%E7%BB%93.png

  • instance 的 isa指针 指向 class

  • class 的 isa指针 指向 meta-class

  • meta-class的 isa指针 指向 基类的meta-calss

  • class的superclass指向父类的class

    • 如果没有父类,superclass指针为nil
  • meta-calss的superclass指向父类的meta-calss

    • 基类的meta-class的superclass指向基类的class
  • instance调用对象方法的轨迹

    • isa先找到class,方法不存在,就通过superclass找父类
  • class调用的类方法的轨迹

    • isa找到meta-class,方法不存在,通过superclass找到父类
问题1: oc对象的isa指针指向哪里?
  1. 如果是instance对象: isa指针指向class对象
  2. 如果是class对象: isa指针指向meta-class对象
  3. 如果是meta-class对象: isa指针指向基类的meta-class对象
问题2: oc类信息存放在哪里?
  1. instance对象: 成员变量的具体值
  2. class对象: 对象方法、属性、成员变量描述信息、协议信息
  3. meta-class对象: 类方法

  • 文章总结自MJ老师底层视频。