iOS Runtime ---- 元类

从初学OC的时候就听人提起过OC对象中的isa指针，用来指向对象所属的类，从而可以在调用方法时通过isa指针找到相应的方法和属性，本文通过使用Runtime的方法一步一步引入元类的概念，去看清对象、类、父类、上帝类和他们的元类之间的关系。

什么是isa？

所谓isa指针，在OC中对象的声明是这样的

typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

对象本身是一个带有指向其类别isa指针的结构体。
当向一个对象发送消息的时候，实际上是通过isa在对象的类别中找到相应的方法。我们知道OC中除了实例方法之外还有类方法，那么类别是否也是个对象呢？

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
    Class isa;
    Class super_class;
    /* followed by runtime specific details... */
};

从上面类别的结构看来，类别也是一个对象，它拥有一个指向其父类的指针，和一个isa指针。当一个类别使用类方法时，类别作为一个对象同样会使用isa指针找到类方法的实现。这时，isa指向的就是这个类别的元类。

也就是说

元类是类别的类。
所有的类方法都储存在元类当中。

下面这张图可以很清晰的看出对象、类别、上帝类、和元类的关系。

类别的实例的isa指针指向其类别，类别的isa指向其元类，而所有类别的元类最终都指向上帝类的元类也就是NSObject的元类。这样形成了一个完美的继承链。

下面我们用一个小程序，来验证一下这张继承图片。

验证元类

- (void)ex_registerClassPair {
    
    Class newClass = objc_allocateClassPair([NSError class], "TestClass", 0);
    
    class_addMethod(newClass, @selector(testMetaClass), (IMP)TestMetaClass, "v@");
    
    objc_registerClassPair(newClass);
    
    id instance = [[newClass alloc] initWithDomain:@"some domain" code:0 userInfo:nil];
    
    [instance performSelector:@selector(testMetaClass)];
    
}

我们看到，使用Runtime创建类别只需要三个步骤

• objc_allocateClassPair为class pair 分配内存
• 添加属性或方法到创建的类里（这里我们使用class_addmethod添加了一个方法）
• objc_registerClassPair注册类以便它能使用

以下是添加方法的实现

void TestMetaClass(id self, SEL _cmd) {
    
    NSLog(@"this object is %p",self);
    
    NSLog(@"Class is %@,superClass is %@",[self class],[self superclass]);
    
    Class currentClass = [self class];
    
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        
        NSLog(@"following the isa pointer %d times gives %p",i,currentClass);
        
        currentClass = object_getClass(currentClass);
    }
    
    NSLog(@"NSObject's class is %p",[NSObject class]);
    
    NSLog(@"NSObject's meta class is %p",object_getClass([NSObject class]));
    
}

控制台输出如下

[2419:279134] this object is 0x60800004c090
[2419:279134] Class is TestClass,superClass is NSError
[2419:279134] following the isa pointer 0 times gives 0x60800004c0f0
[2419:279134] following the isa pointer 1 times gives 0x60800004c030
[2419:279134] following the isa pointer 2 times gives 0x10ac58df8
[2419:279134] following the isa pointer 3 times gives 0x10ac58df8
[2419:279134] NSObject's class is 0x10ac58e48
[2419:279134] NSObject's meta class is 0x10ac58df8

• 对象的地址是0x60800004c090
• 类的地址是0x60800004c0f0
• 元类的地址是0x60800004c030
• 根元类（NSObject的元类）的地址是0x10ac58df8
• NSObject的元类的类是它本身

总结

元类是 Class 对象的类。每个类（Class）都有自己独一无二的元类（每个类都有自己第一无二的方法列表）。这意味着所有的类对象都不同。

元类总是会确保类对象和基类的所有实例和类方法。对于从NSObject继承下来的类，这意味着所有的NSObject实例和protocol方法在所有的类（和meta-class）中都可以使用。

所有的meta-class使用基类的meta-class作为自己的基类，对于顶层基类的meta-class也是一样，只是它指向自己而已。