iOS 的实例对象、类、元类

类、元类的定义

类：类（英语：class）在面向对象编程中是一种面向对象计算机编程语言的构造，是创建对象的蓝图，描述了所创建的对象共同的属性和方法。

元类：在面向对象程序设计中，元类（英语：metaclass）是一种实例是类的类。普通的类定义的是特定对象的行为，元类定义的则是特定的类及其对象的行为。 类是实例对象的描述，元类是类对象的描述。
举个例子 NSObject *obj = [NSObject new];
NSObject 是 实例对象 obj 的描述，NSObject 的元类是 NSObject 类对象的描述。

实例对象、类、元类之间的关系

我们看一下实例对象、类、元类之间的关系图。

一、实例对象、类对象、元类的 isa 指向及父类指向说明

下边笔者说明下上图中 isa 和父类指向。

1. 实例对象的 isa 指针指向类对象；
2. 类对象的 isa 指针指向元类对象；
3. 元类对象的 isa 指针指向根元类（NSObject元类）；
4. 根元类（NSObject元类）的 isa 指针指向自己；

1. 子类的元类的父类指向父类的元类；
2. NSObject的父类为nil；
3. 根元类（NSObject元类）的父类指向NSObject。

0. 下文会用到的函数说明

// 注：使用如下函数需要在自己的文件中引入runtime头文件 即 #import <objc/runtime.h>

// 如果obj为实例对象返回obj对应的类对象，如果obj为类对象返回obj对应的元类对象，如果obj为元类对象，返回obj的元类对象。
OBJC_EXPORT Class _Nullable object_getClass(id _Nullable obj) ;

// 返回指定类名name的元类
OBJC_EXPORT Class _Nullable objc_getMetaClass(const char * _Nonnull name);

// 查看指定类是否为元类
OBJC_EXPORT BOOL class_isMetaClass(Class _Nullable cls);

// 返回指定类的父类
OBJC_EXPORT Class _Nullable class_getSuperclass(Class _Nullable cls) ;

我们可以使用代码验证一下实例对象、类、元类关系图的正确性。 为了验证对象、类对象、元类的isa指向及父类指向，笔者创建了 2 个类，分别是 QiSuperClass、QiSubClass。 QiSuperClass 继承自 NSObject，QiSubClass 继承自 QiSuperClass。

笔者写了如下示例代码做验证。

//! 验证实例对象、类对象、元类对象的isa及父类指向
- (void)instanceClassMetaClassISASuperClicked {
    
    QiSubClass *subClassInstance = [QiSubClass new];
    // 类对象
    Class subClass = object_getClass(subClassInstance);
    // 元类对象
    Class subMetaClass = object_getClass(subClass);
    // 元类对象的元类对象
    Class subMetaClassMetaClass = object_getClass(subMetaClass);
    
    // 1. 实例对象的 isa 指针指向类对象
    QiLog(@"----1. 实例对象的 isa 指针指向类对象----");
    QiLog(@"QiSubClass的类对象地址：%p，QiSubClass类对象地址：%p", subClass, [QiSubClass class]);
    
    // 2. 类对象的 isa 指针指向元类对象；
    QiLog(@"----2. 类对象的 isa 指针指向元类对象；----");
    QiLog(@"QiSubClass元类对象地址：%p，QiSubClass元类对象地址：%p", subMetaClass, objc_getMetaClass("QiSubClass"));
    
    // 3. 元类对象的 isa 指针指向根元类（NSObject元类）；
    QiLog(@"----3. 元类对象的 isa 指针指向根元类（NSObject元类）----");
    QiLog(@"QiSubClass元类对象的元类对象地址：%p，根元类（NSObject元类）的对象地址：%p", subMetaClassMetaClass, objc_getMetaClass("NSObject"));
    
    // 4. 根元类（NSObject元类）的 isa 指针指向自己；
    QiLog(@"----4. 根元类（NSObject元类）的 isa 指针指向自己----");
    QiLog(@"根元类（NSObject元类）的对象地址：%p，根元类（NSObject元类）的对象的isa指针地址：%p", objc_getMetaClass("NSObject"), object_getClass(objc_getMetaClass("NSObject")));
    
    // 1. 子类的元类的父类指向父类的元类；
    QiLog(@"----1. 子类的元类的父类指向父类的元类----");
    QiLog(@"QiSubClass的元类的父类对象地址：%p，QiSuperClass的元类地址：%p", class_getSuperclass(objc_getMetaClass("QiSubClass")), objc_getMetaClass("QiSuperClass"));
    
    // 2. NSObject的父类为nil；
    QiLog(@"----2. NSObject的父类为nil----");
    QiLog(@"NSObject的父类对象：%@", class_getSuperclass([NSObject class]));
    
    // 3. 根元类（NSObject元类）的父类指向NSObject。
    QiLog(@"----3. 根元类（NSObject元类）的父类指向NSObject----");
    QiLog(@"根元类（NSObject元类）的父类地址：%p，NSObject类地址：%p", class_getSuperclass(objc_getMetaClass("NSObject")), [NSObject class]);
}

笔者整理后的输出结果如下：

----1. 实例对象的 isa 指针指向类对象----
QiSubClass的类对象地址：0x10dad86c0，QiSubClass类对象地址：0x10dad86c0

----2. 类对象的 isa 指针指向元类对象；----
QiSubClass元类对象地址：0x10dad8698，QiSubClass元类对象地址：0x10dad8698

----3. 元类对象的 isa 指针指向根元类（NSObject元类）----
QiSubClass元类对象的元类对象地址：0x7fff86cb8638，根元类（NSObject元类）的对象地址：0x7fff86cb8638
    
----4. 根元类（NSObject元类）的 isa 指针指向自己----
根元类（NSObject元类）的对象地址：0x7fff86cb8638，根元类（NSObject元类）的对象的isa指针地址：0x7fff86cb8638
    
----1. 子类的元类的父类指向父类的元类----
QiSubClass的元类的父类对象地址：0x10dad8508，QiSuperClass的元类地址：0x10dad8508
    
----2. NSObject的父类为nil----
NSObject的父类对象：(null)
    
----3. 根元类（NSObject元类）的父类指向NSObject----
根元类（NSObject元类）的父类地址：0x7fff86cb8660，NSObject类地址：0x7fff86cb8660

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