1畏线、Class
Objective-C類是由Class類型來表示的，它實(shí)際是一個(gè)指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針祖能。它的定義如下
typedef struct objc_class *Class;
objc_class結(jié)構(gòu)體定義如下：
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# endif
#if !__LP64__
#define FAST_DATA_MASK 0xfffffffcUL
#elif 1
#define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL
#else
#define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL
#endif
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
public:
// ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
Class ISA();
// getIsa() allows this to be a tagged pointer object
Class getIsa();
// ...
}
inline Class objc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();
uintptr_t ptr = (uintptr_t)this;
if (isExtTaggedPointer()) {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
return objc_tag_ext_classes[slot];
} else {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
return objc_tag_classes[slot];
}
}
// 獲取到ISA指針
inline Class objc_object::ISA()
{
assert(!isTaggedPointer());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
if (isa.nonpointer) {
uintptr_t slot = isa.indexcls;
return classForIndex((unsigned)slot);
}
return (Class)isa.bits;
#else
// isa指針需要經(jīng)過一次 & ISA_MASK操作之后才得到真正的地址
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}
struct objc_class : objc_object {
// 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
class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
// 父類objc_object 中的獲取去ISA指針的getIsa() 可以簡寫成下面
objc_class *metaClass() {
return (objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);
}
// ...
}
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods; // 函數(shù)列表
property_array_t properties; // 屬性列表
protocol_array_t protocols; // 協(xié)議列表
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
// ...
}
在這個(gè)定義中赁项，下面幾個(gè)字段是我們感興趣的
(1) isa :需要注意的是在Objective-c中，所有類自身也是一個(gè)對象局齿，這個(gè)對象Class里面也有一個(gè)isa指針剧劝，
它指向mateClass(元類) 這個(gè)后面會(huì)介紹
(2) super_class : 指向自己的父類，如果該類已經(jīng)是最頂層的根類(如NSObject或NSProxy)抓歼，則super_class為NULL讥此。
(3) cache : 用來緩存最近使用的方法拢锹，一個(gè)對象接收到一個(gè)消息時(shí)，它會(huì)根據(jù)isa指針去查找響應(yīng)這個(gè)消息的對象萄喳。在實(shí)際應(yīng)用中這個(gè)對象的一部分方法是常用的卒稳，很多方法是很少用或者基本不用，在這種情況下如果每次收到消息都要把methodList遍歷一遍他巨，勢必會(huì)影響性能展哭。這時(shí)，cache就派上用場了闻蛀。在我們每次調(diào)用過一個(gè)方法后匪傍，這個(gè)方法就會(huì)被緩存到cache列表中，下次調(diào)用的時(shí)候runtime就會(huì)優(yōu)先去cache中查找觉痛，如果cache沒有役衡，才去methodLists中查找方法。這樣薪棒，對于那些經(jīng)常用到的方法的調(diào)用手蝎，但提高了調(diào)用的效率。
針對cache 我們用下面的例子說明一下
NSArray *array = [[NSArray alloc] init];
其流程是：
(1) [NSArray alloc]先被執(zhí)行俐芯。先去NSArray中查找+alloc方法棵介，因?yàn)镹SArray沒有+alloc方法，于是去父類NSObject去查找吧史。
(2) 檢測NSObject是否響應(yīng)+alloc方法邮辽，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)，于是檢測NSArray類贸营，并根據(jù)其所需的內(nèi)存空間大小開始分配內(nèi)存空間吨述，然后把isa指針指向NSArray類。同時(shí)钞脂，+alloc也被加進(jìn)cache列表里面揣云。
(3) 接著，執(zhí)行-init方法冰啃，如果NSArray響應(yīng)該方法邓夕，則直接將其加入cache；如果不響應(yīng)阎毅，則去父類查找焚刚。
(4) 在后期的操作中，如果再以[[NSArray alloc] init]這種方式來創(chuàng)建數(shù)組净薛，則會(huì)直接從cache中取出相應(yīng)的方法汪榔，直接調(diào)用。
2、元類(metaClass)
在上面我們提到痴腌，所有的類自身也是一個(gè)對象雌团，我們可以向這個(gè)對象發(fā)送消息(即調(diào)用類方法)。如：
NSArray *array = [NSArray array];
這個(gè)例子中士聪，+array消息發(fā)送給了NSArray類锦援，而這個(gè)NSArray也是一個(gè)對象。既然是對象剥悟，那么它也是一個(gè)objc_object指針灵寺，它包含一個(gè)指向其類的一個(gè)isa指針，這個(gè)isa指針也要指向這個(gè)類所屬的類区岗。那么這些就有一個(gè)問題了略板，這個(gè)isa指針指向什么呢？這就引出了meta-class的概念：
meta-class是一個(gè)類對象的類
當(dāng)我們向一個(gè)對象發(fā)送消息時(shí)慈缔，runtime會(huì)在這個(gè)對象所屬的這個(gè)類的方法列表中查找方法叮称；而向一個(gè)類發(fā)送消息時(shí)，會(huì)在這個(gè)類的meta-class的方法列表中查找藐鹤。
meta-class 是必須的瓤檐，因?yàn)樗鼮橐粋€(gè) Class 存儲(chǔ)類方法。每個(gè)Class都必須有一個(gè)唯一的 meta-class娱节，因?yàn)槊總€(gè)Class的類方法基本不可能完全相同挠蛉。
再深入一下，meta-class也是一個(gè)類肄满，也可以向它發(fā)送一個(gè)消息谴古，那么它的isa又是指向什么呢？為了不讓這種結(jié)構(gòu)無限延伸下去悄窃，Objective-C的設(shè)計(jì)者讓所有的meta-class的isa指向基類的meta-class讥电，以此作為它們的所屬類。即轧抗，任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類 （在一定程度上可以理解為若一個(gè)Class繼承自NSObject，則這個(gè)Class的meta-class繼承自NSObject的meta-class）瞬测，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己横媚，這就是說 NSObject 的 meta-class 的 isa 指針指向NSObject 的 meta-class自己。這樣就形成了一個(gè)完美的閉環(huán)月趟。
如下圖所示：
對isa灯蝴、superclass總結(jié)
instance的isa指向class
class的isa指向meta-class
meta-class的isa指向基類的meta-class，基類的isa指向自己
class的superclass指向父類的class孝宗，如果沒有父類穷躁，superclass指針為nil
meta-class的superclass指向父類的meta-class，基類的meta-class的superclass指向基類的class
instance調(diào)用對象方法的軌跡因妇，isa找到class问潭，方法不存在猿诸，就通過superclass找父類
class調(diào)用類方法的軌跡，isa找meta-class狡忙，方法不存在梳虽，就通過superclass找父類
在用Runtime實(shí)現(xiàn)交換類方法黑魔法時(shí) 需要注意了 代碼如下：
Class class =self.class;
Method originalMethod =class_getClassMethod(class, originalSelector);
Method replacementMethod =class_getClassMethod(class, replacementSelector);
Class mateClass = objc_getMetaClass(NSStringFromClass(class).UTF8String);
if (class_addMethod(mateClass, originalSelector, method_getImplementation(replacementMethod), method_getTypeEncoding(replacementMethod))) {
class_replaceMethod(mateClass, replacementSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
}
else{
method_exchangeImplementations(originalMethod, replacementMethod);
}
