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02 iOS底层原理 - isa和superclass指针探究

02 iOS底层原理 - isa和superclass指针探究

作者: 程序小胖 | 来源:发表于2020-01-28 20:01 被阅读0次

废话不多说,先看两道面试题:

  1. OC对象的isa指针指向哪里?
    instance的isa指向calss对象
    class的isa指向meta-class
    meta-class的isa指向基类的meta-class
  2. OC对象的类型信息存放在哪里?
    对象方法、属性、成员变量、协议信息,存放在class对象中
    类方法,存放在meta-class对象中
    成员变量的具体值,存放在instance对象中

通过这两个面试题,咋们一点点揭开isa和superclass的神秘面纱

一,创建NSObject分类Test、Person、Student类

1. NSObject分类 Test
// 声明
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

// 实现
@implementation NSObject (Test)
+ (void)test {
    NSLog(@"+[NSObject test] - %p", self);
}
- (void)test {
    NSLog(@"-[NSObject test] - %p", self);
}
@end
2. Person类,继承自NSObject
// 声明
@interface Person : NSObject <NSCopying>
{
    @public
    int _age;
}

// 实现
@property (nonatomic, assign) int no;
- (void)personInstanceMethd;
+ (void)persongClassMethod;
+ (void)test;
@end
3. Student类,继承自Person
// 声明
@interface Student : Person<NSCoding>
{
    @public
    int weight;
}
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end

// 实现
@implementation Student
- (void)studentInstanceMethod {
}
+ (void)studentClassMethod {
}
- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)coder {
    return nil;
}
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder {
}

二,开始研究isa和superclass指针的本质

1. 对象方法调用的本质

调用personInstanceMetod这个对象方法,利用runtime消息机制,给person发送消息,具体runtime的内容以后会有章节讲解。

Person *person = [[Person alloc]init];
person->_age = 10;

/*
  调用personInstanceMetod这个对象方法
  利用runtime消息机制,给person发送消息
  问题:实例对象里面并没有这个对象方法,这个方法是存在于类对象里面的,那么到底是怎么发送的呢?
*/
[person personInstanceMethd];
// objc_msgSend(person, @selector(personInstanceMetod))
2. 类方法调用的本质

调用personClassMethod这个类方法,利用runtime消息机制,给Person这个类对象发消息

/*
  调用personClassMethod这个类方法
  利用runtime消息机制,给[Person class] 发消息
  问题:类对象里面并没有这个类方法,这个方法是存在于元类对象里面的,那么到底是怎么发送的呢?
*/
 [Person persongClassMethod];
// objc_msgSend([Person class], @selector(personClassMethod))

那么问题来了:

  1. 实例对象里面并没有这个对象方法,而这个对象方法是存在于类对象里面的,那么到底是怎么发送的呢?
  2. 类对象里面并没有这个类方法,这个方法是存在于元类对象里面的,那么到底是怎么发送的呢?
    贴两张图,大家就会看得明白了:


    image.png

从上面的示意图可以看出:

  1. instance的isa指针指向class,当调用对象方法时(personInstanceMetod),通过instance的isa找到对应的class,最后在class中找到对象方法的实现进行调用。
  2. class的isa指针指向meta-class,当调用类方法时(personClassMethod),通过class的isa找到对应的meta-class,最后在meta-class中找到类方法的实现进行调用
3. class对象的superclass指针
image.png

子类调用父类的对象方法,先通过isa找到子类的class,然后再通过class的superclass找到父类,这样一层层往上找,直到找到对象方法的实现进行调用。

/*
子类调用父类的对象方法,先通过isa找到子类的class,然后在通过class的superclass找到父类
这样一层层往上找,直到找到对象方法的实现进行调用
*/
Student *student = [[Student alloc]init];
// isa可以找到class,在class里面找到对象方法
[student studentInstanceMethod];
// 分析调用流程
/*
当Student的instance对象要调用Person的对象方法时,
先通过isa找到Student的class,
然后通过superclass找到Person的class,最后找到对象方法的实现进行调用
*/
[student personInstanceMethd];
4. meta-class对象的superclass指针
image.png

子类调用父类的类方法,先通过isa找到子类的meta-class,然后再通过meta-class的superclass找到父类,这样一层层往上找,直到找到类方法的实现进行调用

/*
子类调用父类的类方法,先通过isa找到子类的meta-class,然后再通过meta-class的superclass找到父类
这样一层层往上找,直到找到类方法的实现进行调用
*/
// 通过Student类对象的isa找到,Studet对象的meta-class,最后找到类方法的实现进行调用
[Student studentClassMethod];
// 分析调用流程
/*
当Student的class对象要调用Person的类方法时,
先通过isa找到Student的meta-class,
然后通过superclass找到Person的meta-class,最后找到类方法的实现进行调用
*/
[Student persongClassMethod];
5. 总结一下isa 和 superclass指针

其实将上面的三张图总结到一张图赏就很一目了然了:


image.png

这张图标注的还是很清楚的了,但是需要注意一点的是:
当元类(meta-class)通过superclass找到了基类(Root class),这是还没有找到相应的类方法,那么此时基类就会通过superclass找到类(class),在class里面找对应的实例方法,还是找不到superclass就会置为nil。如下图所示的箭头:


image.png

三,分析调用Test方法的调用轨迹

根据上面对isa和superclass的研究,现在分析下下面两句代码的调用轨迹

NSLog(@"[Person class] - %p", [Person class]);
NSLog(@"[NSObject class] - %p", [NSObject class]);
[Person test];
[NSObject test];
  • 情况1. Person中有 +test类方法,NSObject中也有 +test类方法:
    通过Person isa 找到该类的meta-class,然后在meta-class中找相应的类方法,发现有这个类方法,那么就调用执行
    * 情况2. Person中没有 +test类方法,NSObject中也有 +test类方法:
    通过Person isa 找到该类的meta-class,然后在meta-class中找相应的类方法,发现没有这个类方法,
    那么就通过superclass去找父类,在父类NSObject中发现有这个类方法,那么就调用执行
    * 情况3. Person中没有 +test类方法,NSObject中也没有 +test类方法,Person中没有 -test对象方法:
    通过Person isa 找到该类的meta-class,然后在meta-class中找相应的类方法,发现没有这个类方法,
    那么就通过superclass去找父类,在父类NSObject中发现也没有这个类方法,此时还是通过superclass找到class,
    在class中看看有没有 -test 对象方法,发现没有,再往上找,superclass就会置为Nil,
    最后报错 unrecognized selector sent to class 0x1000014c0
    * 情况4. Person中没有 +test类方法,NSObject中也没有 +test类方法,但是NSObject中有 -test对象方法:
    通过Person isa 找到该类的meta-class,然后在meta-class中找相应的类方法,发现没有这个类方法,
    那么就通过superclass去找父类,在父类NSObject中发现也没有这个类方法,此时还是通过superclass找到class,
    在class中看看有没有 -test 对象方法,发现有,那么就调用执行

四,OC对象的类型信息存放在哪呢

OC对象的类型信息存放在哪,如下图所示:


image.png

为了更好的证明确实是这样存放的,可以查看源码
https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/

关键源码:

image.png

所以,文章开头所提面试题,OC对象的类型信息存放在哪里?

  1. 对象方法、属性、成员变量、协议信息,存放在class对象中
  2. 类方法,存放在meta-class对象中
  3. 成员变量的具体值,存放在instance对象中

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