iOS开发之深入探讨runtime机制01-类与对象

最近有个同事问我关于“runtime机制”的问题，我想可能很多人对这个都不是太清楚，在这里，和大家分享一下我对于runtime机制的理解。要深入理解runtime，首先要从最基本的类与对象开始，本文将详细讲解OC中类与对象的结构层次，后续将逐渐更新如何利用runtime操作类。

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首先，我们从/usr/include/objc/objc.h 和 runtime.h 中找到对 class 与 object 的定义：

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

由此可见，Class是一个指向objc_class结构体的指针，而id是一个指向objc_object结构体的指针，其中的成员isa是一个指向objec_class结构体的指针。

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下面我们来看看关于objc_class的定义：

    struct objc_class {
        Class isa; // 指向metaclass
        
        Class super_class ; // 指向父类
        const char *name ; // 类名
        long version ; // 类的版本信息，初始化默认为0，可以通过runtime函数class_setVersion或者class_getVersion进行修改、读取
        long info; // 一些标识信息,如CLS_CLASS (0x1L) 表示该类为普通 class ，其中包含实例方法和变量;CLS_META (0x2L) 表示该类为 metaclass，其中包含类方法;
        long instance_size ; // 该类的实例变量大小(包括从父类继承下来的实例变量);
        struct objc_ivar_list *ivars; // 用于存储每个成员变量的地址
        struct objc_method_list **methodLists ; // 与 info 的一些标志位有关,如CLS_CLASS (0x1L),则存储实例方法，如CLS_META (0x2L)，则存储类方法;
        struct objc_cache *cache; // 指向最近使用的方法的指针，用于提升效率；
        struct objc_protocol_list *protocols; // 存储该类声明遵守的协议
    }

可见，类与对象的区别仅仅在于类比对象的结构体中多了众多的成员，它们都可以当做一个objec_object来对待，也就是说类和对象都是对象，为了区别概念，这里引入一个术语：类对象（class object）和实例对象（instance object），这样我们就可以区别对象和类了（可别混淆了哦）。

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下面详细介绍一下objec_class中各成员：

isa：objec_object（实例对象）中isa指针指向的类结构称为class（也就是该对象所属的类）其中存放着普通成员变量与动态方法（还记得“-”开头的方法吗？）；此处isa指针指向的类结构称为metaclass，其中存放着static类型的成员变量与static类型的方法（“+”开头的方法）。

super_class： 指向该类的父类的指针，如果该类是根类（如NSObject或NSProxy），那么super_class就为NULL。

到这里我们可以看清楚OC中类与对象的继承层次关系：

注意点，所有的metaclass中isa指针都是指向根metaclass，而根metaclass则指向自身。根metaclass是通过继承根类产生的，与根class结构体成员一致，不同的是根metaclass的isa指针指向自身。

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>当我们调用某个对象的实例方法时，它会首先在自身isa指针指向的类（class）methodLists中查找该方法，如果找不到则会通过class的super_class指针找到父类的类对象结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查找，直至根class；

>当我们调用某个某个类方法时，它会首先通过自己的isa指针找到metaclass，并从其中methodLists中查找该类方法，如果找不到则会通过metaclass的super_class指针找到父类的metaclass对象结构体，然后从methodLists中查找该方法，如果仍然找不到，则继续通过super_class向上一级父类结构体中查找，直至根metaclass；

经过以上介绍，相信你已经对OC中对象与类的结构层次有了更深刻的认识。后面将会介绍如何利用runtime机制。