类与对象的关系

这张图想必大家不会陌生，它展示了对象、类、元类之间的关系

类与对象

• 对象（Instance）的isa指针指向类（Class）
• 类（Class）的isa指针指向元类（Meta Class）

对象

对象在objc.h中的数据结构为objc_object

• 它仅包含一个指向类（Class）的isa指针
• objc_object *即为id类型，可以指向任何OC对象

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

而objc_object在objc-private.h中的定义，isa的数据结构换成了isa_t

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
...
}

isa_t是一个共用体（所有成员占用同一段内存，修改其中一个会影响其他成员）

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

    Class cls;
    uintptr_t bits; // typedef unsigned long   uintptr_t;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        // isa 结构的定义
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

在arm64架构下，ISA_BITFIELD定义如下

#   define ISA_BITFIELD                                                      \
      uintptr_t nonpointer        : 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

从bits和ISA_BITFIELD的定义不难看出，isa_t占用64位，仅使用shiftcls所占用的33位来储存Class、Meta-Class对象的内存地址信息

类

类在runtime.h中的定义为objc_class

• 它也包含一个指向类（这里实际会指向元类）的isa指针
• 另外还包含了一些数据结构来储存变量、方法等

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

而在objc_class的私有定义（objc-runtime-new.h）中可以看到更多的信息

• 它继承自objc_object，所以也是对象
• OC中的Class类型即为objc_class *类型
• 变量、方法等信息都储存在class_data_bits_t结构中

typedef struct objc_class *Class;
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
    ...
};