isa和supperclass我们会基于下面的代码定义了两个类进行分析：
Person继承自NSObject，遵从NSCopying协议，有一个成员变量_age，一个属性personName，有一个实例方法和一个类方法。
Student继承自Person，遵从NSCopying协议，，有一个成员变量_no，一个属性studentName，有一个实例方法和一个类方法。
// Person
@interface Person : NSObject <NSCopying>
{
@public
int _age;
}
@property(nonatomic, assign) int personName;
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end
@implementation Person
- (void)personInstanceMethod{
NSLog(@"personInstanceMethod %p", self);
}
+ (void)personClassMethod{
NSLog(@"personClassMethod %p", self);
}
- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone {
return self;
}
@end
// Student
@interface Student : Person <NSCoding>
{
@public
int _no;
}
@property(nonatomic, assign) int stuName;
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end
@implementation Student
- (void)studentInstanceMethod{
NSLog(@"studentInstanceMethod %p", self);
}
+ (void)studentClassMethod{
NSLog(@"studentClassMethod %p", self);
}
- (void)encodeWithCoder:(nonnull NSCoder *)coder {
}
- (nullable instancetype)initWithCoder:(nonnull NSCoder *)coder {
return self;
}
- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone {
return self;
}
@end
一、 isa
isa 指针
二、 superclass
superclass
三、 isa 和 supperclass 最经典的图，没有之一
最经典的图，要求能自己手绘
由上图我们能得出哪些结论？
1. 从对象的角度来看，Objective-C 里面的对象分为哪三种？
- 实例对象（Instance Object）
- 类对象 （Class Object）
- 元类对象 （Meta-class Object）
2. 从 isa 角度看
- 所有
实例对象的 isa 都指向类对象 - 所有
类对象的 isa 都指向元类对象 - 所有
元类对象的 isa 都指向根元类对象
3. 从 superclass 角度看
-
实例对象没有 superclass 指针，只有类对象和元类对象有 superclass 指针 -
类对象的 superclass 指向父类的类对象，最终指向nil -
元类对象的 superclass 指向父类的元类对象，在根元类对象时会指向根类对象，最终指向nil
4. 从 method 调用角度看
-
实例方法通过实例对象的 isa 指针找到类对象，然后通过 superclass 往父类的类对象上找，直到找到对应方法或者抛出unrecognized selector sent to instance异常信息 -
类方法通过类对象的 isa 指针找到元类对象，然后通过 superclass 往父类的元类对象上找，直到找到对应方法或者抛出unrecognized selector sent to instance异常信息 -
代码角度讲，Objective-C方法调用：
isa → superclass → superclass → superclass ... → superclass → nil
四、 实践出真知，我们去 Xcode 中验证我们的猜想
1. 证实 Student实例的 isa 指向 Student的类对象
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *student = [[Student alloc] init];
Class studentClass = [Student class];
Class studentMetaClass = object_getClass(studentClass);
NSLog(@"打断点位置");
}
return 0;
}
然后我们在控制台，打印如下调试信息：
(lldb) p/x student->isa
(Class) $7 = 0x001d800100002589 Student
(lldb) p/x studentClass
(Class) $8 = 0x0000000100002588 Student
(lldb) p/x 0x001d800100002589 & 0x00007ffffffffff8
(long) $9 = 0x0000000100002588
- 我们发现
student->isa的值并不等于studentClass的地址值 - 这是因为在64bit之后，isa的地址需要
&ISA_MASK才能获取真正的地址值 - 我们在
objc4源码中找到x86架构下的//# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8 -
0x001d800100002589 & 0x00007ffffffffff8 = 0x0000000100002588证实了student->isa确实指向studentClass的地址值
2. 证实 Student的类对象 指向 Student的元类对象
- 上面的例子中的代码，我们继续调试
(lldb) p/x studentClass->isa
error: member reference base type 'Class' is not a structure or union
- 它告诉我们，不认识 Class的isa指针，这是因为 OBJC2.0 之后，对Class结构体的定义变了，隐藏了内部细节。我们可以从源码中发现这些问题：
OBJC2.0 的objc_class
OBJC2.0 的objc_object
- 我们可以看到，isa已经变成私有变量，所以我们在Xcode中无法直接打印
- 所以我们需要自创一个一样的结构体，进行强制类型转换，我们即可获得isa的值
struct sp_objc_class {
Class isa;
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *student = [[Student alloc] init];
struct sp_objc_class *studentClass =(__bridge struct sp_objc_object *)[Student class];
struct sp_objc_class *studentMetaClass = (__bridge struct sp_objc_object *)object_getClass([Student class]);
NSLog(@"打断点位置");
}
return 0;
}
- 然后我们进行断点调试
(lldb) p/x student->isa
(Class) $3 = 0x001d800100002589 Student
(lldb) p/x 0x001d800100002589 & 0x00007ffffffffff8
(long) $4 = 0x0000000100002588
(lldb) p/x studentClass
(sp_objc_object *) $5 = 0x0000000100002588
(lldb) p/x studentClass->isa
(Class) $6 = 0x001d800100002561
(lldb) p/x 0x001d800100002561 & 0x00007ffffffffff8
(long) $7 = 0x0000000100002560
(lldb) p/x studentMetaClass
(sp_objc_object *) $8 = 0x0000000100002560
- 我们得到 isa 指向的充分的代码证明
3. 代码证实 superclass 的指向
- 同上一个例子，我们改造一下结构体
struct sp_objc_class {
Class isa;
Class superclass;
};
//#define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *student = [[Student alloc] init];
struct sp_objc_class *studentClass =(__bridge struct sp_objc_object *)[Student class];
struct sp_objc_class *studentMetaClass = (__bridge struct sp_objc_object *)object_getClass([Student class]);
Person *person = [[Person alloc] init];
struct sp_objc_class *personClass =(__bridge struct sp_objc_object *)[Person class];
struct sp_objc_class *personMetaClass = (__bridge struct sp_objc_object *)object_getClass([Person class]);
NSLog(@"打断点位置");
}
return 0;
}
- 然后我们进行断点调试
(lldb) p/x studentClass->superclass
(Class) $6 = 0x0000000100002540 Person
(lldb) p/x personClass
(sp_objc_class *) $7 = 0x0000000100002540
(lldb) p/x studentMetaClass->superclass
(Class) $8 = 0x0000000100002518
(lldb) p/x personMetaClass
(sp_objc_class *) $9 = 0x0000000100002518
- 我们发现 Student类对象 的superclass指向 Person类对象
- Student元类对象 的superclass指向 Person的元类对象
4. 代码证实 Class 的内部结构，以及里面各个部分存放的内容
新版objc_class的结构体
- 从结构体我们发现我们需要的数据，很可能存放在 bits 中，而 bits.data 返回一个
class_rw_t数据结构 -
class_rw_t中rw一般是readwrite的含义，t一般是table的含义
class_rw_t 的内部结构
- 从
class_rw_t的内部结构中我们发现，methods 很可能是我们的方法列表 - property 很可能是我们的属性列表
- protocols 很可能是我们的协议列表
- 那还差一个 成员变量列表 ，很有可能是
class_ro_t中，ro的含义一般是readonly
class_ro_t
-
我们发现有个
ivar，从字面意思很可能就是我们想找的成员变量列表 -
接下来的任务就有点艰难了，因为这些结构体只在源码中有，我们日常代码中并不能访问他们，我们要像前面一样，重写这些结构体。
-
将 main.m 重命名成 main.mm 文件
-
添加如下结构体头文件
MJClassInfo.h
#import <Foundation/Foundation.h>
#ifndef MJClassInfo_h
#define MJClassInfo_h
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# endif
#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t;
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t cache_key_t;
struct bucket_t {
cache_key_t _key;
IMP _imp;
};
struct cache_t {
bucket_t *_buckets;
mask_t _mask;
mask_t _occupied;
};
struct entsize_list_tt {
uint32_t entsizeAndFlags;
uint32_t count;
};
struct method_t {
SEL name;
const char *types;
IMP imp;
};
struct method_list_t : entsize_list_tt {
method_t first;
};
struct ivar_t {
int32_t *offset;
const char *name;
const char *type;
uint32_t alignment_raw;
uint32_t size;
};
struct ivar_list_t : entsize_list_tt {
ivar_t first;
};
struct property_t {
const char *name;
const char *attributes;
};
struct property_list_t : entsize_list_tt {
property_t first;
};
struct chained_property_list {
chained_property_list *next;
uint32_t count;
property_t list[0];
};
typedef uintptr_t protocol_ref_t;
struct protocol_list_t {
uintptr_t count;
protocol_ref_t list[0];
};
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize; // instance对象占用的内存空间
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name; // 类名
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars; // 成员变量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
};
struct class_rw_t {
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_list_t * methods; // 方法列表
property_list_t *properties; // 属性列表
const protocol_list_t * protocols; // 协议列表
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
char *demangledName;
};
#define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {
uintptr_t bits;
public:
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
};
/* OC对象 */
struct mj_objc_object {
void *isa;
};
/* 类对象 */
struct mj_objc_class : mj_objc_object {
Class superclass;
cache_t cache;
class_data_bits_t bits;
public:
class_rw_t* data() {
return bits.data();
}
mj_objc_class* metaClass() {
return (mj_objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);
}
};
#endif /* MJClassInfo_h */
- main.mm 文件代码内容
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import "MJClassInfo.h"
// Person
@interface Person : NSObject <NSCopying>
{
@public
int _age;
}
@property(nonatomic, assign) int personName;
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end
@implementation Person
- (void)personInstanceMethod{
NSLog(@"personInstanceMethod %p", self);
}
+ (void)personClassMethod{
NSLog(@"personClassMethod %p", self);
}
- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone {
return self;
}
@end
// Student
@interface Student : Person <NSCoding>
{
@public
int _no;
}
@property(nonatomic, assign) int stuName;
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end
@implementation Student
- (void)studentInstanceMethod{
NSLog(@"studentInstanceMethod %p", self);
}
+ (void)studentClassMethod{
NSLog(@"studentClassMethod %p", self);
}
- (void)encodeWithCoder:(nonnull NSCoder *)coder {
}
- (nullable instancetype)initWithCoder:(nonnull NSCoder *)coder {
return self;
}
- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone {
return self;
}
@end
//#define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu = [[Student alloc] init];
mj_objc_class *studentClass = (__bridge mj_objc_class *)([Student class]);
mj_objc_class *personClass = (__bridge mj_objc_class *)([Person class]);
class_rw_t *studentClassData = studentClass->data();
class_rw_t *personClassData = personClass->data();
class_rw_t *studentMetaClassData = studentClass->metaClass()->data();
class_rw_t *personMetaClassData = personClass->metaClass()->data();
NSLog(@"打断点位置");
}
return 0;
}
类对象的`实例方法列表`，属性列表，协议列表
类对象的成员变量列表
元类对象的`类方法列表`
- 至此，我们用代码证明了Class的结构体中的信息。
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