概要
刚开始接触Objective-C语言的时候，看到说到的最多的概念就是「类和对象」。最初的认识停留在把类实例化就变成对象了，天真认为只存在类与对象两种。
其实，存在三种类型(高富美)的对象，分别是实例对象、类对象、元类对象。经常挂在嘴边的「类与对象」在本质上只是指类对象与实例对象。说了这么多对象，可就没有一个属于单身狗的(￣▽￣)*。
实例对象（Instance）
实例对象的产生
实例对象是通过类alloc出来的对象，一个实例对象占用一块内存。在上篇文章中，讲解了一个NSObject对象的内存布局，得知一个实例对象存储着isa指针和其他成员变量，其中存储的成员变量确切的讲，是存储成员变量的赋值。 其中，isa指向该实例对象的地址，是实例对象编译后的结构体中的第一个成员变量。
@interface JLDog: NSObject {
int _age;
}
@end
@implementation JLDog
@end
// 实例对象调用
JLDog *dog = [[JLDog alloc] init];
dog->_age = 3;
实例对象的内存分配
类对象（Class）
每一个类在内存有且只有一个类对象，一个类对象可以实例化N个实例对象。
具体使用如下所示：
NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];
Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass2 = [object2 class];
Class objectClass3 = object_getClass(object1);
Class objectClass4 = object_getClass(object2);
Class objectClass5 = [NSObject class];
// 打印一下一个实例对象所对应的类对象的地址
NSLog(@"%p %p",
object1,
object2);
NSLog(@"%p %p %p %p %p",
objectClass1,
objectClass2,
objectClass3,
objectClass4,
objectClass5);
打印结果如下所示：
// 实例对象所对应的地址如下所示：
0x1004068e0 0x100405dc0
// 类对象的地址如下所示：
0x7fffe7295140 0x7fffe7295140 0x7fffe7295140
0x7fffe7295140 0x7fffe7295140
通过打印的结果得知，实例对象所对应的类对象的地址都是唯一确定的。
在上面举例中，用到了两个获取类对象的方法：
- Class
- object_getClass
具体看一下上述两个方法的源码实现。
+ (Class)class {
return self;
}
该类方法中直接返回当前类对象。
- (Class)class {
return object_getClass(self);
}
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
实例方法-(void)class 与 object_getClass指向的是同一实现，都是返回当前对象中isa所指向的对象。实例对象的isa都指向类对象，所以控制台打印的结果得以验证。
类对象存储的信息
- isa指针，指向类对象的地址
- superclass指针
- 类的属性信息(property)
- 类的对象方法信息（instance method）
- 类的协议信息(protocol)
- 类的成员变量信息(iVar)（专指成员变量自身定义的结构，不是存储真实的赋值，需与实例对象中存储的成员变量进行区分）
类对象存储的数据结构
元类对象（MetaClass）
说起元类对象，相较于上面两种而言，不是很熟悉，元类对象没有显式的创建过程，用一句不太准确的话概括就是元类对象是类对象的类对象。不过，不用着急，后面的内容会慢慢揭开元类对象的神秘面纱。
- 获取元类对象的方法
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
- 判断是否为元类对象
BOOL isMetaClass = class_isMetaClass(objectMetaClass);
关于class_isMetaClass源码如下：
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
{
if (!cls) return NO;
return cls->isMetaClass();
}
bool isMetaClass() {
assert(this);
assert(isRealized());
return data()->ro->flags & RO_META;
}
元类对象存储的信息
- isa指针
- superclass指针
- 类方法信息（class method）
- 类属性(class property)
@property (nonatomic, strong, class) NSString *name;
元类对象存储
三种对象的关系
在官方开发文档中，找到下面这张用于阐释实例对象、类对象、元类对象三者的关系图。通过图片可以得知，是沿着两条主线讲解，一个是isa，一个是superClass，后续的内容也将围绕这两条主线讲解这三种对象的关系。
isa&superClass.png
isa
情景一：普通类对象
isa1.png
@interface JLDog : JLAnimal
@end
@implementation JLDog
@end
// instance
JLDog *oneDog = [[JLDog alloc] init];
// class
Class oneDogClass = [JLDog class];
// meta-class
Class oneDogMetaClass = object_getClass(oneDogClass);
通过图片和上述实例代码得知，实例对象的isa指向该实例对象对应的类对象，类对象的isa指向该类对象所对应的元类对象，环环相扣。
情景二：元类对象
metaClass.png
void testISAForMetaClass() {
// 基类地址
Class rootClass = [NSObject class];
NSLog(@"rootClass - %p", rootClass);
// 基类的元类对象
Class rootMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
NSLog(@"rootMetaClass - %p", rootMetaClass);
// 基类元类对象的元类对象
Class rootRootMetaClass = object_getClass(rootMetaClass);
NSLog(@"rootRootMetaClass - %p", rootRootMetaClass);
// JLAnimal的元类对象
Class animalMetaClass = object_getClass([JLAnimal class]);
NSLog(@"animalMetaClass's meta class - %p", object_getClass(animalMetaClass));
// JLDog的元类对象
Class dogMetaClass = object_getClass([JLDog class]);
NSLog(@"dogMetaClass's meta class - %p", object_getClass(dogMetaClass));
}
打印的结果如下：
rootClass - 0x7fff89e066c0
rootMetaClass - 0x7fff89e06698
rootRootMetaClass - 0x7fff89e06698
animalMetaClass's meta class - 0x7fff89e06698
dogMetaClass's meta class - 0x7fff89e06698
通过上图中的走势线1、2可知，元类对象的isa都指向基类的元类对象，由走势线3可知，基类的元类对象的isa指向自身。
方法调用的过程
isa-class.png
- instance的isa指向class，当调用实例方法时，需要通过isa指针找到class，再从类对象(class)的对象方法中找到对应的方法进行调用；
- class的isa指向meta-class，当调用类方法时，通过isa找到metaClass，再找到对应的类方法进行调用。
- 同理，类对象调用类方法，通过类对象的isa指针找到对应的元类对象，再从元类对象的类方法列表找到对应的方法调用。
superclass
情景一：类对象
class-superclass.png
@interface JLAnimal : NSObject
@end
@implementation JLAnimal
@end
@interface JLDog : JLAnimal
@end
@implementation JLDog
@end
void testSuperClass() {
Class dogClass = [JLDog class];
NSLog(@"JLDog class = %p", dogClass);
Class animalClass = [JLAnimal class];
NSLog(@"JLAnimal class = %p", animalClass);
Class dogSuperClass = class_getSuperclass(dogClass);
NSLog(@"JLDog's super class = %p", dogSuperClass);
Class animalSuperClass = class_getSuperclass(animalClass);
NSLog(@"JLAnimal's super class = %p", animalSuperClass);
Class objClass = [NSObject class];
NSLog(@"NSObject class = %p", objClass);
}
打印结果如下：
JLDog class = 0x10e3fb410
JLAnimal class = 0x10e3fb3c0
JLDog's super class = 0x10e3fb3c0
JLAnimal's super class = 0x7fff89e066c0
NSObject class = 0x7fff89e066c0
通过上述代码段和图片可知，JLDog的父类是JLAnimal， JLAnimal的父类是NSObject。
情景二：元类对象
metaclass-superclass.png
void testMetaSuperClass() {
Class dogMetaClass = object_getClass([JLDog class]);
NSLog(@"JLDog meta class = %p", dogMetaClass);
Class animalMetaClass = object_getClass([JLAnimal class]);
NSLog(@"JLAnimal meta class = %p", animalMetaClass);
Class dogMetaSuperClass = class_getSuperclass(dogMetaClass);
NSLog(@"JLDog meta class's super class = %p", dogMetaSuperClass);
Class animalMetaSuperClass = class_getSuperclass(animalMetaClass);
NSLog(@"JLAnimal's super class = %p", animalMetaSuperClass);
Class objMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
NSLog(@"NSObject meta class = %p", objMetaClass);
Class objMetaSuperClass = class_getSuperclass(objMetaClass);
NSLog(@"NSObject meta class's superClass = %p", objMetaSuperClass);
Class objClass = [NSObject class];
NSLog(@"NSObject class = %p", objClass);
}
打印结果如下：
JLDog meta class = 0x1041b6488
JLAnimal meta class = 0x1041b6438
JLDog meta class's super class = 0x1041b6438
JLAnimal's super class = 0x7fff89e06698
NSObject meta class = 0x7fff89e06698
NSObject meta class's superClass = 0x7fff89e066c0
NSObject class = 0x7fff89e066c0
其中：
NSObject meta class's superClass = 0x7fff89e066c0
NSObject class = 0x7fff89e066c0
由上图可知，JLDog的元类对象superclass指向JLAnimal的元类对象，其中，基类的元类对象的superclass指向基类对象。
方法调用过程
superClass.png
当JLDog的实例对象调用JLAnimal的方法时，会先通过isa找到类对象JLDog，然后通过superclass找到类对象JLAnimal，最后找到对象方法进行调用。
小结
通过上面的分析，将NSObject对象分成了实例对象、类对象和元类对象，进而了解了不同对象中的职责和存储的信息不同，从而对NSObject对象有了更深层次的了解。
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