在這篇文章中，我關(guān)注的是 Objective-C 中的一個(gè)陌生的概念—— meta-class。在 Objective-C 中的每個(gè)類都有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的 meta-class，但是你很少會(huì)直接使用 meta-class，他們?nèi)耘f保持著神秘的面紗。我們從在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建一個(gè)類開始。通過查看 “class pair”，我會(huì)解釋 meta-class 是什么，同時(shí)也會(huì)談?wù)勗?Objective-C 中的對(duì)象或者類相關(guān)的一些一般主題。
在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建一個(gè)類
下面的代碼在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建了一個(gè) NSError 的子類同時(shí)為它添加了一個(gè)方法：

Class newClass =objc_allocateClassPair([NSError class],"RuntimeErrorSubclass", 0);

class_addMethod(newClass, @selector(report),(IMP)ReportFunction, "v@:");

objc_registerClassPair(newClass);

添加的方法使用叫 ReportFunction 的函數(shù)作為實(shí)現(xiàn)，定義如下：

void ReportFunction(id self, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"This object is %p.", self);
    NSLog(@"Class is %@, and super is %@.", [self class], [self superclass]);

    Class currentClass = [self class];
    for (int i = 1; i < 5; i++)
    {
        NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p", i, currentClass);
        currentClass = object_getClass(currentClass);
    }

    NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
    NSLog(@"NSObject's meta class is %p", object_getClass([NSObject class]));
}

表面上來看，非常簡單。在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建一個(gè)類只需要這三步：

1、為“classpair” 創(chuàng)建存儲(chǔ)空間（使用objc_allocateClassPair）。2、為這個(gè)類添加所需的methods 和ivars（我已經(jīng)使用class_addMethod 添加過一個(gè)方法了）。3、注冊(cè)這個(gè)類，然后就可以使用了（使用objc_registerClassPair）。

然后，中級(jí)問題是：“classpair” 是什么？函數(shù)objc_allocateClassPair 只返回了一個(gè)值：這個(gè) class。這一對(duì)中的另一個(gè)在哪？（譯注：pair 有“一對(duì)，一雙” 的意思）

我敢肯定你已經(jīng)猜到了另一半就是meta-class（就是這篇文章的標(biāo)題），但是要解釋那是什么和你為什么需要它，我需要介紹一些在Objective-C 中的關(guān)于對(duì)象和類的背景知識(shí)。

把一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變?yōu)閷?duì)象需要什么？

每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)類。這是面相對(duì)象概念的基礎(chǔ)知識(shí)，但在Objective-C 中不是這樣，它（譯注：class）同樣是這個(gè)數(shù)據(jù)的一部分。每個(gè)可以被當(dāng)成對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都在恰當(dāng)?shù)奈恢糜幸粋€(gè)指向一個(gè)類的指針。

在Objective-C，一個(gè)對(duì)象的類由它的isa 指針決定。isa 指針指向這個(gè)對(duì)象的Class。

事實(shí)上，在Objective-C 中的對(duì)象的定義看起來像這樣：

typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

這就是說：任何結(jié)構(gòu)體只要以一個(gè)指向 Class 結(jié)構(gòu)的指針開始的就可以被當(dāng)成是 objc_object。

在 Objective-C 中的對(duì)象的一個(gè)重要的特性是，你可以向它們發(fā)送消息：

[@"stringValue"
    writeToFile:@"/file.txt" atomically:YES encoding:NSUTF8StringEncoding error:NULL];

你可以這么做是因?yàn)?，?dāng)你向一個(gè) Objective-C 的對(duì)象（像這里的 NSCFString）發(fā)送消息的時(shí)候，runtime 沿著對(duì)象的 isa 指針找到了這個(gè)對(duì)象的 Class（這里是 NSCFString 的類）結(jié)構(gòu)體。 Class 結(jié)構(gòu)體中包含了一個(gè)這個(gè)類的方法列表和一個(gè)指向父類的指針，用于查找繼承的方法。

關(guān)鍵點(diǎn)是 Class 結(jié)構(gòu)體中定義了你可以向一個(gè)對(duì)象發(fā)送的消息。

meta-class 是什么？

現(xiàn)在，你可能已經(jīng)知道，在 Objective-C 中一個(gè) Class 也是一個(gè)對(duì)象。這就意味著你也可以向一個(gè) Class 發(fā)送消息。

NSStringEncoding defaultStringEncoding = [NSString defaultStringEncoding];

這里，向 NSString 類發(fā)送了 defaultStringEncoding。

可以這么做是因?yàn)樵?Objective-C 中每個(gè) Class 它自己同樣也是個(gè)對(duì)象。也就是說 Class 結(jié)構(gòu)體必須以 isa 指針開始，然后就可以在二進(jìn)制兼容（binary compatible）我上面介紹的 objc_object 結(jié)構(gòu)了，接著下一個(gè)字段必須是一個(gè)指向它的父類的指針（要是類就是基類就是 nil）。

我上周已經(jīng)介紹過，定義一個(gè)類有好幾種方法，主要依賴于你正在運(yùn)行的 runtime 的版本。但，是的，都是由一個(gè) isa 字段開始然后是 superclass 字段。

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
    Class isa;
    Class super_class;
    /* 以下依賴于 runtime 的具體實(shí)現(xiàn) …… */
};

然而，為了讓我們?cè)?Class 上調(diào)用一個(gè)方法，Class 的 isa 指針必須指向一個(gè) Class 結(jié)構(gòu)體，并且那個(gè) Class 結(jié)構(gòu)體必須包含我們可以在那個(gè) Class 上調(diào)用的方法的列表。

這就引出了 meta-class 的定義：meta-class 是 Class 對(duì)象的類（the meta-class is the class for a Class object）。

簡單來說：

當(dāng)你向一個(gè)對(duì)象發(fā)送消息，就在那個(gè)對(duì)象的方法列表中查找那個(gè)消息。
當(dāng)你想一個(gè)類發(fā)送消息，就再那個(gè)類的 meta-class 中查找那個(gè)消息。

meta-class 是必須的，因?yàn)樗鼮橐粋€(gè) Class 存儲(chǔ)類方法。每個(gè)類都必須有一個(gè)唯一的 meta-class，因?yàn)槊總€(gè) Class 都有一個(gè)可能不一樣的類方法。

meta-class 的類是什么？

meta-class，如之前的 Class，同樣是個(gè)對(duì)象。這就意味著你也可以在它上面調(diào)用方法。自然的，這就意味著它也必須有一個(gè)類（譯注：isa 指針）。

所有的 meta-class 使用它們基類的 meta-class （繼承層次中最頂層的 Class 的 meta-class）作為它們自己的類。這就是說所有繼承自 NSObject 的類（大部分的類），以 NSObject 的 meta-class 作為自己的 meta-class 的類。

遵循這個(gè)規(guī)則，所有的 meta-class 使用基類的 meta-class 作為他們的類，任何基類的 meta-class 將會(huì)是他們自己（它們的 isa 指向他們自己）。這就是說 NSObject 的 meta-class 的 isa 指針指向它們自己（是自己的一個(gè)實(shí)例）。

class 和 meta-class 的繼承

和 Class 以 super_class 指針指向它的父類的方法一樣，meta-class 以 super_class 指針指向 Class 的 super_class 的 meta-class。（譯注：這句話有點(diǎn)繞，就是 super-class 一個(gè)指向 Class 的父類，一個(gè)指向 meta-class 的父類。Class 是一般對(duì)象的類型，meta-class 是 Class 的類型。）

進(jìn)一步來講，基類的 meta-class 設(shè)置 super_class 指針指向基類自己。

這個(gè)繼承層次的結(jié)果就是，所有在這個(gè)繼承層次中的的實(shí)例，類和 meta-class 都繼承了基類的層次。

對(duì)于所有在 NSObject 層次中的實(shí)例，類和 meta-class，這就意味著所有 NSObject 的實(shí)例方法都是有效的。對(duì)于類和 meta-class，所有 NSObject 的類方法也同樣是有效的。

所有這些在字面上相當(dāng)讓人困惑。Greg Parker 已經(jīng)把實(shí)例，類，meta-class 還有他們的超類以非常棒的圖解的方式聚合在一起，展示他們是如何在一起工作的。
用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這點(diǎn)

為了驗(yàn)證這些，讓我們看看在我文章開頭提供的 ReportFunction 的輸出。這個(gè)函數(shù)的目的是順著 isa 指針打引出它找到的。

要運(yùn)行 ReportFunction，我們需要為這個(gè)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的類創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，然后在上面調(diào)用這個(gè)方法。

id instanceOfNewClass =
    [[newClass alloc] initWithDomain:@"someDomain" code:0 userInfo:nil];
[instanceOfNewClass performSelector:@selector(report)];
[instanceOfNewClass release];

因?yàn)闆]有這個(gè)方法的聲明，所以我使用 performSelector: 調(diào)用這個(gè)方法，這樣編譯器就不會(huì)輸出警告了。

現(xiàn)在 ReportFunction 會(huì)沿著 isa 指針告訴我們這個(gè)對(duì)象使用了哪些類，meta-class 和 meta-class 的類。

獲取一個(gè)對(duì)象的類：ReportFunction 使用 object_getClass 跟隨 isa 指針，因?yàn)?isa 指針是一個(gè)類中一個(gè)受保護(hù)的成員變量（你不能直接訪問其他對(duì)象的 isa 指針）。ReportFunction 沒有以類方法的形式這樣調(diào)用，因?yàn)樵?Class 對(duì)象上調(diào)用類方法不會(huì)返回 meta-class，而是再次返回 Class 對(duì)象（所以 [NSString class] 會(huì)返回 NSString 的類而不是 NSString 的 meta-class）。

這個(gè)是程序運(yùn)行后的結(jié)果（省去了 NSLog 的前綴）。

This object is 0x10010c810.
Class is RuntimeErrorSubclass, and super is NSError.
Following the isa pointer 1 times gives 0x10010c600
Following the isa pointer 2 times gives 0x10010c630
Following the isa pointer 3 times gives 0x7fff71038480
Following the isa pointer 4 times gives 0x7fff71038480
NSObject's class is 0x7fff710384a8
NSObject's meta class is 0x7fff71038480

看看通過遞歸的查看 isa 的地址：

• the object is address 0x10010c810.
• the class is address 0x10010c600.
• the meta-class is address 0x10010c630.
• the meta-class’s class (i.e. the NSObject meta-class) is address 0x7fff71038480.
• the NSObject meta-class’ class is itself.

地址的值不是很重要，只是演示了上面討論的從類到 meta-class 到 NSObject 的 meta-class 的過程。

結(jié)論

meta-class 是 Class 對(duì)象的類。每個(gè) Class 都有個(gè)不同的自己的 meta-class（因此每個(gè) Class 都可以有一個(gè)自己不同的方法列表）。也就是說每個(gè)類的 Class 不完全相同。

meta-class 總是會(huì)保證 Class 對(duì)象會(huì)有從基類繼承的所有的的實(shí)例和類方法，加上之后繼承的類方法。如從 NSObject 繼承的類，就意味著在所有的 Class（和 meta-class）對(duì)象中定義了所有從 NSObject 繼承的實(shí)例和協(xié)議方法。

所有的 meta-class 使用基類的 meta-class（NSObject 的 meta-class 用于繼承自 NSObject 的類）作為他們自己的類，包括在運(yùn)行時(shí)自己定義的基礎(chǔ)的 meta-class。

原文出處： cocoawithlove