iOS 底层探究：类的结构分析

叶秋主
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将实例对象isa进行&运算，可得到类对象的地址。同样在OC中，类也是一个对象。既然是对象，也会存在isa指针，指向他所属的类。这就是我们所说的元类（MetalClass）。

  • 类也是一个对象，也存在isa指针，指向它所属的类。即：元类（MetalClass）
  • 元类初探：实例对象isa -> 类isa -> 元类
  • 对象的isa为nonpoionter类型，除了类对象地址，isa中包含类信息，所以&运算后地址不同
  • 类的isa为非nonpointer类型，属于纯isa指针，只存储类对象的地址，所有&运算后地址相同

1. isa走位&继承链

1.1 isa走位

  • NSObject作为根类，它的isa指向的元类，称为根元类。
  • 根元类的地址和XXClass元类isa指向的地址相同。
  • XXClass的元类isa，指向的并不是NSObject，而是根元类（NSObject的元类）。
  • 根元类的isa指向自己。

image.png

  • 实例对象isa -> 类isa -> 元类isa -> 根元类isa -> 自己
  • 根类的实例对象isa -> 根类isa -> 根元类isa -> 自己

1.2 继承链

继承链流程图

image.png

  • 继承关系只来自于类，对象之间没有这层关系
  • 类和元类都存在继承链
  • 元类的父类是父类的元类
  • 类的继承链：类->父类->根类->nil
  • 元类的继承链：元类->父类的元类->根元类->根类->nil
  • NSObject作为根类，它才是真正的万物之主，所有类都源于NSObject

1.3 官方流程图

image.png

  • isa走位：实例对象isa ——>类isa ——>元类isa ——>根元类isa ——>自己
  • 类的继承链：类 ——>父类——>根类——>nil
  • 元类的继承链：元类——>父类的元类——>根元类——>根类——>nil

2类的结构

2.1源码分析

类也是一个对象，有自己的数据结构，而类的底层来自objc_class结构体，可通过源码分析类的结构，在objc-runtime-new.h中，可以看到objc_class结构体的定义：

struct objc_class : objc_object { 
    objc_class(const objc_class&) = delete; 
    objc_class(objc_class&&) = delete;
    void operator=(const objc_class&) = delete;
    void operator=(objc_class&&) = delete;
    // Class ISA; 
    Class superclass; 
    cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable 
    class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    ... 
};

从上面的源码定义来看，我们的类也是一个对象，只是里面比对象多了几个成员变量superclass、cache、bits。

  • superclass ：这个就是指向父类的指针。
  • cache（cache_t）：通过分析cache_t 的结构，我们可以得出cache_t这个占用的内存空间为16字节。所以按照内存平移的规则我们可以知道class_data_bits_t和类首地址之间的差距是32字节（isa：8字节，superclass：8字节，cache：16字节）
  • bits（class_data_bits_t）

image.png

  • superclass为结构体指针，存储父类
  • cache为cache_t结构体，存储方法缓存
  • bits为class_data_bits_t结构体，存储方法、属性、协议列表等
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