Objective-C中其實(shí)有三種對(duì)象，分別為實(shí)例對(duì)象（instance）、類對(duì)象（class）、元類對(duì)象（meta-class）;那這三種對(duì)象有什么關(guān)系呢？以及三種對(duì)象本身存儲(chǔ)了哪些信息呢？這是我們本文要探討的問(wèn)題。

我們知道Objective-C的類可以通過(guò)clang編譯器轉(zhuǎn)換為C++的結(jié)構(gòu)體，也就是說(shuō)，Objective-C對(duì)象的本質(zhì)就是結(jié)構(gòu)體，下面通過(guò)實(shí)踐來(lái)證明。

• 創(chuàng)建一個(gè)命令行項(xiàng)目（這里可以找到），在main.m文件添加如下的代碼

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person: NSObject {
    int _age;
    double _height;
}
@end

@implementation Person
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

然后使用clang編譯器重寫main.m文件，可指定平臺(tái)iOS和架構(gòu)arm64，在main.m所在的文件夾執(zhí)行如下命令
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
會(huì)得到一個(gè)main-arm64.cpp的文件，可看到Person類轉(zhuǎn)換為struct Person_IMPL結(jié)構(gòu)體

struct Person_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    int _age;
    double _height;
};

存在上面定義Person類時(shí)聲明的_age和_height成員變量，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)成員變量是struct NSObject_IMPL結(jié)構(gòu)體，這是NSObject被clang編譯器重寫后對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，在main-arm64.cpp文件中可找到聲明

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

實(shí)例對(duì)象（instance）

Objictive-C實(shí)例對(duì)象是通過(guò)類對(duì)象創(chuàng)建

Person *p1 = [Person new];
Person *p2 = [[Person alloc] init];

實(shí)例對(duì)象分配在堆空間，所以p1、p2指向的內(nèi)存地址都在堆上；每次創(chuàng)建的都是不同的對(duì)象，所以在內(nèi)存中會(huì)存在很多個(gè)實(shí)例對(duì)象。

把struct NSObject_IMPL與struct Person_IMPL合并一下得到下面的結(jié)構(gòu)

struct Person_IMPL {
    Class isa;
    int _age;
    double _height;
};

這也是Person實(shí)例對(duì)象在內(nèi)存中的布局情況。

總結(jié)一下實(shí)例對(duì)象中包含信息

• isa指針，指向類對(duì)象
• 成員變量
  其實(shí)isa也是成員變量，只不過(guò)比較特殊，它指向這個(gè)實(shí)例對(duì)象的類對(duì)象。

類對(duì)象（class）

類對(duì)象是對(duì)實(shí)例對(duì)象的描述，描述這個(gè)類實(shí)例對(duì)象有哪些成員變量、屬性、對(duì)象方法、類方法，那這些信息存儲(chǔ)在什么地方呢？（下面提及的數(shù)據(jù)類型這里可以找到）

類對(duì)象聲明為typedef struct objc_class *Class;，再看看struct objc_class結(jié)構(gòu)體，截取一些關(guān)鍵的信息看看

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();
    }
    // ... 還有很多方法，略去
}；

superclass指向父類，其他的信息存儲(chǔ)在class_rw_t的結(jié)構(gòu)體中，定義如下

struct class_rw_t {
    const class_ro_t *ro; // 實(shí)例變量信息
    method_array_t methods; // 對(duì)象方法信息
    property_array_t properties; // 屬性信息
    protocol_array_t protocols; // 協(xié)議信息
     // ... 省略其他信息
}

runtime提供這些信息函數(shù)如下

獲取實(shí)例變量

Ivar *
class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)

獲取屬性信息

objc_property_t * 
class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)

獲取對(duì)象方法

// 第一個(gè)參數(shù)是 *類對(duì)象*，返回的是*對(duì)象方法*；如果是參數(shù)*元類對(duì)象*，返回的是*對(duì)象方法*
Method *
class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)

獲取協(xié)議信息

Protocol * __unsafe_unretained * 
class_copyProtocolList(Class cls, unsigned int *outCount)

struct objc_class繼承objc_object，struct objc_object結(jié)構(gòu)如下

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
    // ...省略方法
}

那isa_t是聯(lián)合體，結(jié)構(gòu)如下

union isa_t 
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    Class cls;
    uintptr_t bits;
     // ...省略
}

這里面有個(gè) cls成員，這個(gè)就是class指向mata-class的指針。

總結(jié)一下類對(duì)象（class）中存儲(chǔ)的信息

• isa指針，指向元類的指針
• superclass指向父類的指針
• 成員變量（Ivar）的描述信息
• 屬性（property）的描述信息
• 對(duì)象方法（Instance Method）的描述信息
• 遵循協(xié)議（protocol）的描述信息

元類對(duì)象（meta-class）

上面可以看出，meta-class也是一個(gè)Class 類型，與類對(duì)象的數(shù)據(jù)類型時(shí)一樣的，只不過(guò)存儲(chǔ)的信息不同。
元類對(duì)象（meta-class）存儲(chǔ)的信息有

• isa指針，指向基類（NSObject）元類（meta-class）的指針，所有元類（meta-class）的isa指針都指向NSObject元類的指針。
• superclass指向父類的元類（meta-class）的指針
• 類方法（class Method）的描述信息

總結(jié)

上面講了實(shí)例對(duì)象的內(nèi)存布局，以及實(shí)例對(duì)象（instance）、類對(duì)象（class）、元類對(duì)象（meta-class）之間的關(guān)系，最后用一張圖來(lái)說(shuō)明它們之間的關(guān)系。

class-inherit.png

參考文章

詳解Objective-C的isa與meta-class
Objective-C 中的 Meta-class 是什么？