OC 中类的实质

id

id 可以表示任何 OC 中的对象，在 runtime 中对 id 是这么定义的

typedef struct objc_object *id;

所以 id 其实是一个指向 objc_object 结构体的指针类型，这也是为什么我们使用 OC 对象都需要添加 * ，而使用id对象的时候则不用。

既然 id 是指向结构体 objc_object的指针类型，那么 objc_object 是什么？
其实在 OC 中 objc_object 就是表示对象，所以在 OC 中任何对象都是 C 中的结构体。所以从这里看就知道为什么 id 可以表示任何对象类型了。

对象

在 OC 中对象是由结构体 objc_object 表示的，那么这个结构体的定义

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();

    // Optimized calls to retain/release methods
    id retain();
    void release();
    id autorelease();
};

为了方便观看其中省略了一些其他的东西。

可以看到结构体中除了一个变量 isa 就没有其他的变量了，还有一些其他常见的方法。所以其中的变量 isa 是什么东西呢？
其中 isa 是 isa_t 类型的。

isa_t

找到 isa_t 的定义

union isa_t 
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    Class cls;
    uintptr_t bits;

#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA

    // extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags)
    // indexed must be the LSB (fixme or get rid of it)
    // shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would
    // bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1
    // RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range)

    // future expansion:
    // uintptr_t fast_rr : 1;     // no r/r overrides
    // uintptr_t lock : 2;        // lock for atomic property, @synch
    // uintptr_t extraBytes : 1;  // allocated with extra bytes

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    struct {
        uintptr_t indexed           : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 19;
#       define RC_ONE   (1ULL<<45)
#       define RC_HALF  (1ULL<<18)
    };

# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
    struct {
        uintptr_t indexed           : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 8;
#       define RC_ONE   (1ULL<<56)
#       define RC_HALF  (1ULL<<7)
    };

# else
    // Available bits in isa field are architecture-specific.
#   error unknown architecture
# endif

// SUPPORT_NONPOINTER_ISA
#endif

};

可以看到 isa_t 是一个 union 类型，就是里面的成员都共用一个内存，大小则由最大的数据项决定。

那么为什么要用 union 类型呢？因为自从苹果推出了 iPhone5s 采用了 64 位架构的 A7 双核处理器，如果只用来存储一个地址的话就会十分的浪费内存，所以苹果引入了 TaggedPointer 。TaggedPointer 就是让本来存储内存地址的指针一部分用来存储其他的数据，从而减少浪费。而对于 isa_t 就是使用一部分存储所指向的类的地址，而另一部分则存储像引用计数等其他数据。

从上面的关于 isa_t 的结构中可以看出很多的宏就是判断是否支持 TaggedPoint 从而决定存储方式。而判断这个 isa 指针是否是 TaggedPoint 就是看指针的标志位是否为1。

#if SUPPORT_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define TAG_MASK (1ULL<<63)
#else
#   define TAG_MASK 1
inline bool 
objc_object::isTaggedPointer() 
{
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
    return ((uintptr_t)this & TAG_MASK);
#else
    return false;
#endif
}

所以回过头来看 isa_t 其中除了储存了一下相关数据

isa_t.png

Class

在 objc_object 结构体中有返回 Class 的函数

// ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
    Class ISA();

// getIsa() allows this to be a tagged pointer object
    Class getIsa();

函数中返回的 Class 类型就是 OC 中的类

那么这个 Class 是什么，

typedef struct objc_class *Class;

可以看到 Class是一个指向结构体 objc_class 的指针，找到结构体 objc_class 的定义

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();
    }
    //...
};

可以看到 objc_class 是继承自 objc_object 的，所以在 OC 中类其实也是一个对象。
所以在 objc_class 中有的成员是

• isa : 从 objc_object 中继承得到
• superclass : 指向父类
• cache : 表示缓存的数据
• bits : 里面存储了类的方法和成员变量等

当调用实例方法的时候，那么就从 objc_object 的 isa 中找到对象所属的类 （ objc_class ）然后在所属的类中搜索相对应得方法。如果没有找到那么就根据 objc_class 的 superclass 找到父类，在父类中搜索相对应的方法。

元类

我们上面提到，本质上 OC 中的类也是对象，它也是某个类的实例，这个类我们称之为元类（metaclass）。

因此，我们也可以通过调用类方法，比如 [NSObject new]，给类对象发送消息。同样的，类对象能否响应这个消息也要通过 isa 找到类对象所属的类（元类）才能知道。也就是说，实例方法是保存在类中的，而类方法是保存在元类中的。

那元类也是对象吗？是的话那它又是什么类的实例呢？是的，没错，元类也是对象（元类对象），元类也是某个类的实例，这个类我们称之为根元类（root metaclass）。不过，有一点比较特殊，那就是所有的元类所属的类都是同一个根元类（当然根元类也是元类，所以它所属的类也是根元类，即它本身）。根元类指的就是根类的元类，具体来说就是根类 NSObject 对应的元类*。

因此，理论上我们也可以给元类发送消息，但是 OC 倾向于隐藏元类，不想让大家知道元类的存在。元类是为了保持 OC 对象模型在设计上的完整性而引入的，比如用来保存类方法等，它主要是用来给编译器使用的。

可以用一张图概括

metaClass.png