ObjC runtime源码（二）：isa_t, objc_cl

通过这篇文章，你会更深入的了解isa_t结构体与ObjC的类，对象之间的关系，并从源码中来了解isKindOfClass和isMemberOfClass的逻辑并能区分isKindOfClass和isMemberOfClass的区别

可编译的runtime源码(objc4-706)

上一篇文章通过ObjC的runtime源码简单讲了下ObjC里的类跟类族，通过源码我们发现ObjC中的类也同样是一个对象，也简单的了解了isa_t, objc_class, objc_object的结构，这篇文章会详细的讲解下这三个结构体，通过这篇文章，你会更深入的了解ObjC的类与对象之间的关系

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对象与类的关系

对象是指某个类的实例，对象是一个objc_object的结构体，类是一个objc_class的结构体

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ObjC对象类与对象实例的描述

我们都知道ObjC所有的对象对应的类都是NSObject，那么想要找到对象类的描述，就要从NSObject开始一步一步往下找

在NSObject.h中:

#include <objc/objc.h>

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

NSObject中包含一个Class类型的isa。那么这个Class是什么？

在objc.h中我们可以找到这个Class

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

所以这个Class是一个指向objc_class结构体的指针

那么这个objc_class又是什么？继续往下找，在runtime.h中我们可以找到这个objc_class，但是前提是#if !OBJC_TYPES_DEFINED，OBJC_TYPES_DEFINED在objc-private.h中被定义#define OBJC_TYPES_DEFINED 1，所以runtime.h中的objc_class不会被编译，真正的objc_class的定义是在objc-private.h中

struct objc_class;

typedef struct objc_class *Class;

继续往下找，最终在objc-runtime-new.h中，我们找到了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
    ...
}

objc_class是一个代表对象类的结构体，所以NSObject类中包含的是一个objc_class结构体类型的isa，指向该对象对应的类。

objc_runtime_1.png

objc_class是继承于objc_object，在objc-private.h中，我们可以找到objc_object的定义

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
}

objc_object是一个代表对象实例的结构体，objc_object中只包含一个isa_t结构体类型的isa，所以objc_class中也会包含一个isa_t结构体类型的isa。这个isa_t结构体包含了当前对象指向的类的信息。

所以总结下来就是NSObject包含了一个objc_class结构体类型的isa，objc_class继承于objc_object，所以NSObject还会包含一个isa_t结构体的isa，如下图:

objc_runtime_2.png

NSObject的一个实例对象object和NSObject这个类的关系如下:

objc_runtime_3-4.png

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isa_t结构体

简单来说objc_object中的isa_t这个结构体包含了了当前对象指向的类的信息，所以NSObject的一个实例对象object包含的isa指向了NSObject这个类，NSObject包含的isa指向其元类(MetaClass)，关于元类请看上一篇中的解释。

Runtime-2.png

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isKindOfClass和isMemberOfClass的区别

• isKindOfClass给出的定义是: Returns a Boolean value that indicates whether the receiver is an instance of given class or an instance of any class that inherits from that class
• isMemberOfClass给出的定义是: Returns a Boolean value that indicates whether the receiver is an instance of a given class

大概的就是说isKindOfClass不但会判断接受者是否为该Class的实例，还会判断接受者是否为该Class的任何继承类的实例，而isMemberOfClass只会判断接受者是否为该Class的实例。

我们在NSObject.mm中可以找到isKindOfClass和isMemberOfClass的源码:

// isKindOfClass
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

// isMemberOfClass
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return object_getClass((id)self) == cls;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

我们通过下面这个例子来走一下源码流程

Father *father = [[Father alloc] init];
        
BOOL res1 = [father isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL res2 = [father isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL res3 = [[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL res4 = [[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL res5 = [[Father class] isKindOfClass:[Father class]];

输出为
res1: YES
res2: NO
res3: YES
res4: NO
res5: NO

• res1中接受者是Father类的一个实例对象，所以会走到- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls方法中

  1. Class tcls = [self class] => tcls = Father
  2. tcls => YES
  3. if (tcls == cls) => Father != NSObject
  4. tcls = tcls->superclass => tcls = NSObject
  5. tcls => YES
  6. if (tcls == cls) => NSObject == NSObject, 返回YES

• res2中接受者是Father类的一个实例对象，所以会走到- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls方法中

  1. [self class] == cls => Father != NSObject, 返回NO

• res3中接受者是NSObject自己([NSObject class]返回self)，所以会走到+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls方法中

  1. Class tcls = object_getClass((id)self) => tcls = MetaClass of NSObject
  2. tcls => YES
  3. if (tcls == cls) => MetaClass of NSObject != NSObject
  4. tcls = tcls->superclass => MetaClass of NSObject->superclass, tcls = NSObject, MetaClass of NSObject为RootClass(meta)，所以该类的superclass返回RootClass，即NSObject，详见第一篇runtime中的类关系图
  5. tcls => YES
  6. if (tcls == cls) => NSObject == NSObject, 返回YES

• res4中接受者是NSObject自己([NSObject class]返回self)，所以会走到+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls方法中

  1. object_getClass((id)self) == cls => MetaClass of NSObject != NSObject，返回NO

• res5中接受者是Father自己([Father class]返回self)，所以会走到+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls方法中

  1. Class tcls = object_getClass((id)self) => tcls = MetaClass of Father
  2. tcls => YES
  3. if (tcls == cls) => MetaClass of Father != Father
  4. tcls = tcls->superclass => MetaClass of Father->superclass, tcls = MetaClass of NSObject
  5. tcls => YES
  6. if (tcls == cls) => MetaClass of NSObject != Father
  7. tcls = tcls->superclass => MetaClass of NSObject->superclass, tcls = NSObject
  8. tcls => YES
  9. if (tcls == cls) => NSObject != Father
  10. tcls = tcls->superclass => NSObject->superclass, tcls = nil
  11. tcls => NO, 返回NO

• isKindOfClass总结下来就是判断接受者的isa指向类是不是属于某个类或者属于某个类的继承类

类关系图

objc-isa-class-diagram.jpg

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总结

总结下来，ObjC中的实例对象是一个objc_object的结构体，该结构体中包含了一个isa_t结构体的isa，该isa_t结构体包含了当前对象指向的类的信息。ObjC中的类是一个objc_class的结构体，该结构体继承于objc_object，所以ObjC中的类也是一个对象，类对象中的isa_t结构体包含了类对象指向的元类(meta-class)的信息。所以ObjC中实例对象和类对象的关系就是一个isa指向链的关系，通过object_getClass和superclass方法可以获取该指向链。object_getClass会返回接受者的isa指向者，superclass会返回接受者的父类。isKindOfClass和isMemberOfClass中使用到了object_getClass的方法来获取指向链，isKindOfClass会通过for循环接受者的isa指向链来判断接受者是不是某个类的实例或者是某个类的继承类的实例。下篇文章会继续通过分析runtime源码来说说ObjC中的方法结构和消息发送。

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