為什么object_getClass(obj)與[OBJ class]返回的指針不同

引言

該文章與runtime相關(guān)，開(kāi)始并沒(méi)打算寫(xiě)，因?yàn)榇笊駛儗?xiě)了好多runtime的文章，分析的都很全面、很深刻，再寫(xiě)也就是班門(mén)弄斧。但還是寫(xiě)了，因?yàn)槲以诳匆粋€(gè)東西的時(shí)候偶爾發(fā)現(xiàn)了object_getClass(obj)與[OBJ class]返回的指針不同，感覺(jué)非常奇怪，因?yàn)樗嵏擦宋覀儗?duì)runtime中類結(jié)構(gòu)模型的認(rèn)識(shí)，后來(lái)在網(wǎng)上找了相關(guān)問(wèn)題的答案，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有，所以打算寫(xiě)一篇文章來(lái)和大家說(shuō)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題，我會(huì)講一點(diǎn)點(diǎn)runtime，但不會(huì)系統(tǒng)的講，目的就是為了能讓大家理解我說(shuō)的問(wèn)題就可以了。

runtime講哪些東西？

runtime是很寬泛的概念，通常我們?cè)谥vruntime的時(shí)候大多側(cè)重以下兩方面：

1.基于Class、Object的結(jié)構(gòu)模型講解。

2.實(shí)踐中基于runtime的api應(yīng)用，這里講的最多的就是基于method swizzling來(lái)實(shí)現(xiàn)AOP。

我遇到的問(wèn)題就是與Class、Object的結(jié)構(gòu)模型相沖突的，所以我們今天要討論的是前者。

runtime是開(kāi)源的，大家要想了解細(xì)節(jié)還是要大概的看看源碼

使用runtime的api要

#import <objc/runtime.h>

先從runtime源碼說(shuō)起

我們先從runtime源碼開(kāi)始了解一些本質(zhì)上的東西。

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

類的本質(zhì)就是結(jié)構(gòu)

typedef struct objc_class *Class;

Class的本質(zhì)就是代表類的結(jié)構(gòu)體的指針

struct objc_object {
     Class isa
}
typedef struct objc_object *id

id也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針

@interface NSObject <NSObject> {
     Class isa
}

NSObject本質(zhì)上也是結(jié)構(gòu)

這些都是runtime中的源碼，沒(méi)什么好說(shuō)的，拿出來(lái)就是要幫助大家加深對(duì)runtime的理解，下面來(lái)說(shuō)說(shuō)objc_class結(jié)構(gòu)里的isa和super_class之間的關(guān)系，然后深入理解一下Class，這與我遇到的問(wèn)題是有關(guān)系的。其實(shí)runtime還有很多重要的概念，比如SEL、IMP、Method等...由于和我們今天討論的問(wèn)題沒(méi)有關(guān)系，這里不再展開(kāi)說(shuō)明了，這幾個(gè)概念都與消息轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系密切，感興趣大家可以看源碼。

runtime經(jīng)典圖分析


相信了解runtime的朋友對(duì)這張圖不陌生，我們?cè)谶@里再看看這張圖說(shuō)明了什么：

1.橫向看：實(shí)例是對(duì)象，類也是對(duì)象(類對(duì)象)，meta類也是對(duì)象(原類對(duì)象)

這是很重要的一點(diǎn)，希望大家理解，我們這里忽略上下結(jié)構(gòu)，先看左右結(jié)構(gòu)，從左到右的指向就是之前介紹的runtime源碼中objc_class結(jié)構(gòu)里isa的指向，Instance指的是我們創(chuàng)建的對(duì)象，Subclass（class）就是創(chuàng)建該對(duì)象的那個(gè)類，注意：創(chuàng)建對(duì)象的類本身也是對(duì)象，稱為類對(duì)象，類對(duì)象中存放的是描述實(shí)例相關(guān)的信息，例如實(shí)例的成員變量，實(shí)例方法。

類對(duì)象里的isa指針指向Subclass（meta），Subclass（meta）也是一個(gè)對(duì)象，是原類對(duì)象，原類對(duì)象中存放的是描述類相關(guān)的信息，例如類方法，在這一過(guò)程中，isa的兩次指向很像很像，大家注意理解。

類本身作為一個(gè)對(duì)象這件事情其實(shí)還是值得我們花時(shí)間來(lái)想想的，我當(dāng)時(shí)是在想NSTimer自釋放問(wèn)題的時(shí)候想到類對(duì)象的，從而才發(fā)現(xiàn)了本文討論的問(wèn)題。

由于Subclass（meta）在橫向上已經(jīng)沒(méi)有可以指向的對(duì)象了，所以他們的isa指針統(tǒng)一指向縱向（繼承關(guān)系）上的根meta class。而根meta class的isa則指向自己，我們后面會(huì)在代碼中把這些結(jié)論性的東西驗(yàn)證了。

2.縱向看：

superclass指針很容易理解，就是按照繼承關(guān)系向上指的，一直到繼承鏈的最上方，值得說(shuō)的是Root class（class）的superclass指向是nil，Root class（meta）的superclass指向它的Root class （class），這個(gè)注意一下。

從代碼上理解上面的圖

這里介紹幾個(gè)runtime中的方法，還是看runtime源碼：

Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}

object_getClass()就是順著isa的指向鏈找到對(duì)應(yīng)的類，我們一會(huì)要驗(yàn)證這個(gè)isa的指向鏈?zhǔn)欠衽c上面圖中是一致的，就是用這個(gè)方法。

與之相關(guān)還有一個(gè)方法：object_setClass()，我們可以用該方法，簡(jiǎn)單的來(lái)看一下runtime的強(qiáng)大，它可以動(dòng)態(tài)改變類。首先要知道我們?cè)贜SLog的時(shí)候用的%@打印對(duì)象的時(shí)候其實(shí)是調(diào)用該類的description方法，而且我們還知道，NSArray對(duì)象的description會(huì)把每個(gè)array里的元素都打印出來(lái)，而NSObject對(duì)象的description就僅僅打印類名和指針，下面通過(guò)一小段代碼看看runtime的強(qiáng)大。

NSArray *tempObj = @[@"hello", @"erliangzi"];
NSLog(@"tempObj:%@", tempObj);
object_setClass(tempObj, [NSObject class]);
NSLog(@"tempObj:%@", tempObj);

2016-02-02 23:56:22.905 TimerDemo[1104:54722] tempObj:(
    hello,
    erliangzi
)
2016-02-02 23:56:22.906 TimerDemo[1104:54722] tempObj:<NSObject: 0x7ff580d06140>

是不是很不可思議？runtime就是這么強(qiáng)大！

+ (Class)class {
    return self;
}

- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}

這是NSObject類里實(shí)例方法class與類方法class的實(shí)現(xiàn)，這里再?gòu)?qiáng)調(diào)一下：類方法是在meta class里的，類方法就是把自己返回，而實(shí)例方法中是返回實(shí)例isa的類，我們要驗(yàn)證這個(gè)isa的指向鏈的時(shí)候不能用這種方法，千萬(wàn)記住，為什么，一會(huì)說(shuō)明。

看代碼：

#import <objc/runtime.h>
#import "Person.h"

...

Person *obj = [Person new];
NSLog(@"instance         :%p", obj);
NSLog(@"class            :%p", object_getClass(obj));
NSLog(@"meta class       :%p", object_getClass(object_getClass(obj)));
NSLog(@"root meta        :%p", object_getClass(object_getClass(object_getClass(obj))));
NSLog(@"root meta's meta :%p", object_getClass(object_getClass(object_getClass(object_getClass(obj)))));
NSLog(@"---------------------------------------------");
NSLog(@"class            :%p", [obj class]);
NSLog(@"meta class       :%p", [[obj class] class]);
NSLog(@"root meta        :%p", [[[obj class] class] class]);
NSLog(@"root meta's meta :%p", [[[[obj class] class] class] class]);

Log輸出：

2016-02-02 18:06:11.443 TimerDemo[1718:248402] instance         :0x7fc792530f20
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] class            :0x10ae0e178
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] meta class       :0x10ae0e150
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] root meta        :0x10b66a198
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] root meta's meta :0x10b66a198
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] ---------------------------------------------
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] class            :0x10ae0e178
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] meta class       :0x10ae0e178
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] root meta        :0x10ae0e178
2016-02-02 18:06:11.444 TimerDemo[1718:248402] root meta's meta :0x10ae0e178

分析：
注：Person是一個(gè)繼承自NSObject的普通類，里面有個(gè)name屬性。

1.我們發(fā)現(xiàn)調(diào)用class方法的方式不能得到isa的指向鏈，但是第一次調(diào)用是正確的（class的輸出都是0x10ae0e178），為什么？原因就是上面貼出來(lái)的class源碼中，我們第一次調(diào)用的class是實(shí)例方法，會(huì)返回isa的類，但是第二次開(kāi)始調(diào)用的就是類方法，返回的是本身，所以還是0x10ae0e178，以后無(wú)論怎么調(diào)用都是執(zhí)行的類方法，返回的都是本身，所以，用class方法是得不到isa指向鏈的。

2.用object_getClass()驗(yàn)證了我們Class、Object結(jié)構(gòu)模型理論是對(duì)的，我們這里特意的打印了root meta class 的isa，發(fā)現(xiàn)果然指向是自己（0x10b66a198）。

3.從打印結(jié)果我們能看到，類也是對(duì)象，meta類也是對(duì)象，都占有一塊內(nèi)存，而且我們會(huì)發(fā)現(xiàn)類對(duì)象、meta類對(duì)象、root meta類對(duì)象的指針都是用9位16進(jìn)制數(shù)表示，而實(shí)例對(duì)象是用12位16進(jìn)制數(shù)表示（這里用的是64位模擬器），為什么這些類對(duì)象的指針位數(shù)少？因?yàn)樗鼈兇嬖谟诙紊希⒉辉跅；蛘叨焉希?a href="http://www.itdecent.cn/p/55180ade32d1" target="_blank">黑魔法那篇文章說(shuō)過(guò)段內(nèi)存的事情。也就是說(shuō)可以把這些類對(duì)象理解成單利，這是很重要的一點(diǎn)，希望大家理解，這一點(diǎn)可以讓我們天馬行空的想很多，比如可不可以把網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求寫(xiě)在類對(duì)象里，嫩不能用類對(duì)象去解決自釋放的問(wèn)題，等等...這會(huì)是很有意思的思考。

我們理解了這個(gè)結(jié)構(gòu)模型之后，看看我遇到的問(wèn)題吧。

問(wèn)題來(lái)了

看代碼：

#import <objc/runtime.h>

...

NSTimer *timer1 = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
NSLog(@"instance       :%p", timer1);
NSLog(@"class          :%p", object_getClass(timer1));
NSLog(@"meta class     :%p", object_getClass(object_getClass(timer1)));
NSLog(@"root meta class:%p", object_getClass(object_getClass(object_getClass(timer1))));
NSLog(@"------------------------------");
NSLog(@"[NSTimer class]:%p", [NSTimer class]);

Log輸出：

2016-02-02 18:19:11.643 TimerDemo[1745:255746] instance       :0x7fee8bc7a810
2016-02-02 18:19:11.644 TimerDemo[1745:255746] class          :0x10ece02c0
2016-02-02 18:19:11.644 TimerDemo[1745:255746] meta class     :0x10ece02e8
2016-02-02 18:19:11.644 TimerDemo[1745:255746] root meta class:0x10e895198
2016-02-02 18:19:11.644 TimerDemo[1745:255746] ------------------------------
2016-02-02 18:19:11.644 TimerDemo[1745:255746] [NSTimer class]:0x10ecdfe38

問(wèn)題來(lái)了：
為什么[NSTimer class]:0x10ecdfe38與class:0x10ece02c0得到的指針不一樣？

就是說(shuō)為什么object_getClass(obj)與[OBJ class]返回的指針不同？

[NSTimer class]返回應(yīng)該是類對(duì)象，object_getClass(timer1)返回的也應(yīng)該是類對(duì)象，上面也說(shuō)過(guò)，可以把類對(duì)象理解成單利，為什么指針不同？

如果用Person類做實(shí)驗(yàn)兩者返回就是相同的，如果用系統(tǒng)其它類做實(shí)驗(yàn)兩者返回還是不同的，它們本身之間就有矛盾，更重要的是，與我們剛剛理解的結(jié)構(gòu)模型也是矛盾的，如何用這個(gè)模型理論去解釋[NSTimer class]返回的這個(gè)指針？

感興趣的朋友可以不往下看，自己想想為什么，其實(shí)很簡(jiǎn)單，但是沒(méi)想到會(huì)是這樣的，我當(dāng)時(shí)就是這個(gè)感受。

面朝大海，春暖花開(kāi)

答案來(lái)了

答案非常簡(jiǎn)單，兩個(gè)字：類簇

看代碼：

NSTimer *timer1 = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(test) userInfo:nil repeats:YES];
NSLog(@"instance       :%@", timer1);
NSLog(@"class          :%@", object_getClass(timer1));
NSLog(@"meta class     :%@", object_getClass(object_getClass(timer1)));
NSLog(@"root meta class:%@", object_getClass(object_getClass(object_getClass(timer1))));
NSLog(@"------------------------------");
NSLog(@"[NSTimer class]:%@", [NSTimer class]);

代碼沒(méi)有變，只是我們這次不打印指針，打印對(duì)象的描述：

Log輸出：

2016-02-02 18:31:54.405 TimerDemo[1772:263501] instance       :<__NSCFTimer: 0x7ff83841e530>
2016-02-02 18:31:54.405 TimerDemo[1772:263501] class          :__NSCFTimer
2016-02-02 18:31:54.405 TimerDemo[1772:263501] meta class     :__NSCFTimer
2016-02-02 18:31:54.406 TimerDemo[1772:263501] root meta class:NSObject
2016-02-02 18:31:54.406 TimerDemo[1772:263501] ------------------------------
2016-02-02 18:31:54.406 TimerDemo[1772:263501] [NSTimer class]:NSTimer

我們發(fā)現(xiàn)我們之前結(jié)構(gòu)模型的認(rèn)識(shí)沒(méi)有錯(cuò)，之所以矛盾是因?yàn)镹STimer是個(gè)類簇，它返回的并不是NSTimer對(duì)象，而是__NSCFTimer對(duì)象！我沒(méi)有想到NSTimer也是類簇，我們熟悉的類簇是NSNumber，NSArray，NSDictionary、NSString...這說(shuō)明大多數(shù)的OC類都是類簇實(shí)現(xiàn)的（連NSTimer也不放過(guò)），也說(shuō)明為什么我們Person類是正常的，因?yàn)樗皇穷惔貙?shí)現(xiàn)的。

這里還是簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)類簇的概念吧：一個(gè)父類有好多子類，父類在返回自身對(duì)象的時(shí)候，向外界隱藏各種細(xì)節(jié)，根據(jù)不同的需要返回的其實(shí)是不同的子類對(duì)象，這其實(shí)就是抽象類工廠的實(shí)現(xiàn)思路，iOS最典型的就是NSNumber。

NSNumber *intNum = [NSNumber numberWithInt:1];
NSNumber *boolNum = [NSNumber numberWithBool:YES];
NSLog(@"intNum :%@", [intNum class]);
NSLog(@"boolNum:%@", [boolNum class]);

2016-02-02 23:15:23.868 TimerDemo[1018:35735] intNum :__NSCFNumber
2016-02-02 23:15:25.027 TimerDemo[1018:35735] boolNum:__NSCFBoolean

這里的numberWithXXXX方法是類工廠返回的其實(shí)并不是NSNumber類，而是各個(gè)子類，__NSCFNumber、__NSCFBoolean。

這和我們上面問(wèn)題中的NSTimer很像，類方法
scheduledTimerWithTimeInterval: target: selector: userInfo: repeats:并沒(méi)有返回NSTimer對(duì)象，而是返回了它的子類__NSCFTimer對(duì)象。

有人可能要問(wèn)，如何證明__NSCFTimer就是NSTimer的子類，如何證明類簇是真的？其實(shí)很簡(jiǎn)單：

NSLog(@"[NSTimer class]    :%p", [NSTimer class]);
NSLog(@"class_getSuperClass:%p", class_getSuperclass([timer1 class]));

2016-02-02 23:22:54.367 TimerDemo[1038:39690] [NSTimer class]    :0x109ee4e38
2016-02-02 23:22:54.367 TimerDemo[1038:39690] class_getSuperClass:0x109ee4e38

總結(jié)

我把這個(gè)問(wèn)題記錄下來(lái)就是希望這篇文章對(duì)恰好遇到這個(gè)問(wèn)題的朋友、有相同困惑的朋友一些幫助，如果是NSArray遇到了相同的問(wèn)題我可能立馬想到類簇，因?yàn)樗€有可變的對(duì)象，但是NSTimer...

我猜中了開(kāi)頭，可我猜不著這結(jié)局?！舷枷勺印洞笤捨饔巍?/p>

我猜到了結(jié)局，但猜不到原因，誰(shuí)讓iOS是封閉的系統(tǒng)呢？

歡迎大家和我交流溝通，文章中有任何錯(cuò)誤和漏洞，懇請(qǐng)指正，謝謝。
最后編輯于 ：
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