Object-C 方法查找原理（对象、isa和SuperClas

作者: 9d8c8692519b | 来源:发表于2019-01-24 15:05 被阅读7次

Q：OC中对象分类

A：总共为三类：实例对象、类对象、元类对象

instance对象（实例对象）
class对象（类对象）
meta-class对象（元类对象）

实例对象（instance）

instance对象就是通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象

Student *p1 = [[Student alloc] init];
Student *p2 = [[Student alloc] init];

p1、p2是Student的instance对象（实例对象）,它们是不同的两个对象，分别占据着两块不同的内存
image

instance对象在内存中存储的信息包括

isa指针
其他成员变量的值
实例对象不包含实现方法

类对象（Class）

NSObject *obj1 = [[NSObject alloc] init];
Class objClass1 = [obj1 class];
Class objClass2 = [NSObject class];
//class 方法返回的一直是class对象，类对象，而不是元类对象
Class objClass3 = [[NSObject class] class];
Class objClass4 = object_getClass(obj1);
NSLog(@"%p-%p-%p-%p",objClass1,objClass2,objClass3,objClass4);

上述都是同一个类对象，打印出的地址相同，每个类在内存中有且只有一个class对象

class对象在内存中存储的信息包括

isa指针
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）（成员变量类型、名称等等，不是成员变量的值）
......

元类对象（meta-class）

Class metaClass = object_getClass([NSObject class]);

每个类在内存中有且只有一个meta-class对象
meta-class对象和class对象的内存结构是一样的，但是用途不一样

在内存中存储的信息主要包括

isa指针
superclass指针
类的类方法信息（class method）
......

方法说明

1.Class objc_getClass(const char *aClassName)

1> 传入字符串类名
2> 返回对应的类对象

2.Class object_getClass(id obj)

1> 传入的obj可能是instance对象、class对象、meta-class对象
2> 返回值
a) 如果是instance对象，返回class对象
b) 如果是class对象，返回meta-class对象
c) 如果是meta-class对象，返回NSObject（基类）的meta-class对象

Q：实例对象、类对象isa指向

A：instance的isa指向class，class的isa指向meta-class

当调用对象方法时，通过instance的isa找到class，最后找到对象方法的实现进行调用
当调用类方法时，通过class的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用
image

Q：对象的isa指针指向哪里？

A：根据不同类型的对象来回答。

instance对象的isa指向class对象
class对象的isa指向meta-class对象
meta-class对象的isa指向基类的meta-class对象

Q：OC的类信息存放在哪里？

A：类的内容分别作答。

对象方法、属性、成员变量、协议信息，存放在class对象中
类方法，存放在meta-class对象中
成员变量的具体值，存放在instance对象

Q问题描述：Student类继承自Person；Person继承自NSObject

示例代码：

@interface Person : NSObject<NSCopying>
{
    int _age;
    int _name;
    int _bro;
}
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end

@implementation Person
- (void)personInstanceMethod{

}
+ (void)personClassMethod{

}
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{
    return nil;
}
@end

@interface Student : Person<NSCopying>
{
    int _dog;
    int _cat;
    int _book;

    int _phone;
    int _bicycle;

    int _hat;
    int _clothes;
    int _pants;
}
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end

@implementation Student
- (void)studentInstanceMethod{}
+ (void)studentClassMethod{}
@end

q1：上述代码各类对象superclass指向？

a1：各类的superclass指向父类对象

类对象的superclass指针指向父类对象

image

q2：Student实例对象调用Student对象方法的调用流程？

示例代码：

Student *stu = [[Student alloc] init];
[stu studentInstanceMethod];

a2：stu实例对象isa找到Student的类对象，调用对象方法

image

q3：Student实例对象调用Person对象方法的调用流程？

示例代码：

Student *stu = [[Student alloc] init];
[stu personInstanceMethod];

a3：stu实例对象isa找到Student的类对象，通过Student的superclass找到Person的类对象，最后调用Person的对象方法实现。

image

q4：Student实例对象调用init方法的调用流程？

示例代码：

Student *stu = [[Student alloc] init];
[stu init];

a3：调用流程

1.stu实例对象isa找到Student的类对象
2.通过Student的superclass找到Person的类对象
3.通过Person的superclass找到NSObject的类对象
4.最后调用NSObject的init方法实现。

Q：Student类继承自Person；Person继承自NSObject，各类元类的superclass指针指向？

A：Student元类superclass指向Person的元类，Person元类superclass指向NSObject的元类

image

q1：参考上述示例，[Student studentClassMethod] 调用流程
a1：Student类isa指针找到 Student元类，然后调用类方法 studentClassMethod

q2：参考上述示例，[Student personClassMethod] 调用流程
a3：Student类isa指针找到 Student元类，Student元类的superclass找到Person元类，再调用personClassMethod

q2：参考上述示例，[Student load] 调用流程
a3：Student类isa指针找到 Student元类，Student元类的superclass找到Person元类，Person元类的superclass找到NSObject元类，再调用load

isa、superclass 小结

instance的isa指向class
class的isa指向meta-class
meta-class的isa指向基类的meta-class
class的superclass指向父类的class，如果没有父类，superclass指针为nil
meta-class的superclass指向父类的meta-class；基类的meta-class的superclass指向基类的class
instance调用对象方法的轨迹；isa找到class，方法不存在，就通过superclass找父类
class调用类方法的轨迹；isa找meta-class，方法不存在，就通过superclass找父类

image

上述图片备注：isa指向为虚线、superclass指向为实线，Root class元类的superclass指向Root class的class（转弯处实线）。可以按照Student、Person、NSObject来理解。

如果在基类中找不到方法实现，会报错unrecognized selector sent to class 0x1000011**

Q：如果调用类方法没有实现，是否会调用同名的对象方法。

A：会。

调用方法实质是runtime的消息转发机制，runtime只会根据方法名寻找而不会在意是类方法还是对象方法。
代码验证：

#Person文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
+ (void)test{
    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
}
@end

#NSObject+Test文件
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

@implementation NSObject (Test)
+ (void)test{
    NSLog(@"+[NSObject test] %p",self);
}
@end

#调用方式：

NSLog(@"Person:%p",[Person class]);
NSLog(@"NSObject:%p",[NSObject class]);
[Person test];
[NSObject test];

输出结果1：

Person:0x10e72e090
NSObject:0x10f6d8ea8
+[Person test] 0x10e72e090
+[NSObject test] 0x10f6d8ea8

输出结果2：(如果将Person的类方法注释掉，其余代码不变)

#Person 文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
//}
@end

输出结果2:
Person:0x10477b050
NSObject:0x105725ea8
+[NSObject test] 0x10477b050
+[NSObject test] 0x105725ea8

因为Person里找不到test实现方法，即找父类的实现方法

输出结果3：(如果将Person和NSObject的类方法注释掉，其余代码不变)

#Person 文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
//}
@end

#NSObject+Test文件
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

@implementation NSObject (Test)
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[NSObject test] %p",self);
//}
@end

输出结果3：会报错
Person:0x10766efd0
NSObject:0x108618ea8
+[Person test]: unrecognized selector sent to class 0x10766efd0
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '+[Person test]: unrecognized selector sent to class 0x10766efd0'

输出结果4：(如果将Person和NSObject的类方法注释掉，NSObject添加对象同名方法，其余代码不变)

#Person 文件
@interface Person : NSObject
+ (void)test;
@end

@implementation Person
//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[Person test] %p",self);
//}
@end

#NSObject+Test文件
@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end

@implementation NSObject (Test)
- (void)test{
    NSLog(@"-[NSObject test] %p",self);
}

//+ (void)test{
//    NSLog(@"+[NSObject test] %p",self);
//}
@end

输出结果4：
Person:0x101656010
NSObject:0x102600ea8
-[NSObject test] 0x101656010
-[NSObject test] 0x102600ea8

由此可见，当类方法无实现时，会调用同名的对象方法，上述辩证方法验证了isa、superclass指向图中的meta-Root class的superclass指向Root class（上图实线转弯处）。

Q：讨论isa指针值

从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址
示例代码：

struct xbt_objc_class {
    Class isa ;
};

Person *p = [[Person alloc] init];
Class pClass = [Person class];
Class personMetaClass = object_getClass(pClass);
struct xbt_objc_class *pClass1 = (__bridge struct xbt_objc_class *)pClass;
NSLog(@"%p-%p-%p",p,pClass,personMetaClass);

LLDB 命令行查看isa值

(lldb) p p->isa//获取不到真正的isa指针
(Class) $0 = Person
(lldb) p/x (long)p->isa
(long) $1 = 0x000001a100105311//实例对象isa指针
(lldb) p/x pClass
(Class) $2 = 0x0000000100105310 Person//类对象地址
(lldb) p/x 0x000001a100105311 & 0x0000000ffffffff8//进行换算
(long) $3 = 0x0000000100105310

(lldb) p/x pClass1->isa
(Class) $0 = 0x000001a10402d2e9//类对象isa指针值
(lldb) p/x personMetaClass
(Class) $1 = 0x000000010402d2e8//元类对象isa指针值
(lldb) p/x 0x000001a10402d2e9 & 0x0000000ffffffff8//进行换算
(long) $2 = 0x000000010402d2e8
0x1c0036780-0x102a41310-0x102a412e8

结果可见：
1.实例对象isa值为0x000001a100105311
2.类对象地址为0x0000000100105310
3.换算结果：实例对象isa指针值 &0x0000000ffffffff8才与类对象地址值相同
4.类对象isa指针为0x000001a10402d2e9。(类并没有暴露出isa指针值，定义了一个和类相似的结构体xbt_objc_class，进行强制转换后，才获取到类对象的isa指针)
5.元类对象地址为0x000000010402d2e8
6.换算结果：类对象isa指针值 &0x0000000ffffffff8才与元类对象地址值相同

总结

从64bit开始，isa需要进行一次位运算，才能计算出真实地址
isa指针需要 & ISA_MASK 值才是最终结果
runtime中ISA_MASK值：

# if __arm64__//iPhone
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__//mac
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL

Q：讨论superclass指针值，是否会想isa指针值一样？

A：superclass指针值与指向对象地址相同，和isa指针值不一样

代码证明
前提：student继承自Person，写结构体来代替类

struct xht_objc_class {
    Class isa ;
    Class superclass ;
};
struct xht_objc_class *pClass = (__bridge struct xht_objc_class *)[Person class];
struct xht_objc_class *stuClass = (__bridge struct xht_objc_class *)[Student class];
NSLog(@"%p-%p",pClass,stuClass);

LLDB调试

(lldb) p/x stuClass->superclass
(Class) $0 = 0x0000000102299340 Person//Student类的superClass值
(lldb) p/x pClass
(xht_objc_class *) $1 = 0x0000000102299340//Person类地址

综上所述，Student类的superClass值 = Person类地址

Object-C 方法查找原理（对象、isa和SuperClas

Q：OC中对象分类

A：总共为三类：实例对象、类对象、元类对象

实例对象（instance）

类对象（Class）

元类对象（meta-class）

方法说明

Q：实例对象、类对象isa指向

A：instance的isa指向class，class的isa指向meta-class

Q：对象的isa指针指向哪里？

A：根据不同类型的对象来回答。

Q：OC的类信息存放在哪里？

A：类的内容分别作答。

Q问题描述：Student类继承自Person；Person继承自NSObject

q1：上述代码各类对象superclass指向？

a1：各类的superclass指向父类对象

q2：Student实例对象调用Student对象方法的调用流程？

a2：stu实例对象isa找到Student的类对象，调用对象方法

q3：Student实例对象调用Person对象方法的调用流程？

a3：stu实例对象isa找到Student的类对象，通过Student的superclass找到Person的类对象，最后调用Person的对象方法实现。

q4：Student实例对象调用init方法的调用流程？

a3：调用流程

Q：Student类继承自Person；Person继承自NSObject，各类元类的superclass指针指向？

A：Student元类superclass指向Person的元类，Person元类superclass指向NSObject的元类

isa、superclass 小结

Q：如果调用类方法没有实现，是否会调用同名的对象方法。

A：会。

输出结果1：

输出结果2：(如果将Person的类方法注释掉，其余代码不变)

输出结果3：(如果将Person和NSObject的类方法注释掉，其余代码不变)

输出结果4：(如果将Person和NSObject的类方法注释掉，NSObject添加对象同名方法，其余代码不变)

Q：讨论isa指针值

Q：讨论superclass指针值，是否会想isa指针值一样？

A：superclass指针值与指向对象地址相同，和isa指针值不一样

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