类

1、元类

• 我们都知道对象的isa是指向类，类其实也是一个对象，可以称为类对象，其isa的位域指向苹果定义的元类
• 元类是系统给的，其定义和创建都是由编译器完成，在这个过程中，类的归属来自于元类
• 元类是类对象的类，每个类都有一个独一无二的元类用来存储类方法的相关信息。
• 元类本身是没有名称的，由于与类相关联，所以使用了同类名一样的名称

关系链：对象 --> 类 --> 元类 --> NSobject，NSObject指向自身

2、NSObject到底有几个？

最后NSObject类的元类也是NSObject，内存中只存在一份根元类NSObject，根元类的元类是指向它自己

[面试题]：类存在几份？

由于类的信息在内存中永远只存在一份，所以类对象只有一份

3、著名的isa走位和继承关系图

image.png

isa走位

• 实例对象（Instance of Subclass）的isa指向类（class）
• 类对象（class）isa指向元类（Meta class）
• 元类（Meta class）的isa指向根元类（Root metal class）
• 根元类（Root metal class）的isa指向它自己本身，形成闭环，这里的根元类就是NSObject

superclass走位（即继承关系）

类之间的继承关系：

• 类（subClass）继承自父类（superClass）
• 父类（superClass）继承自根类（RootClass），此时的根类是指NSObject
• 根类继承自nil，所以根类即NSObject可以理解为万物起源，即无中生有

元类也存在继承，元类之间的继承关系如下：

• 子类的元类（metal SubClass）继承自父类的元类（metal SuperClass）
• 父类的元类（metal SuperClass）继承自根元类（Root metal Class
• 根元类（Root metal Class）继承于根类（Root class），此时的根类是指NSObject

注意：实例对象之间没有继承关系，类之间有继承关系

4、objc_class & objc_object

为什么对象和类都有isa属性呢？这里就不得不提到两个结构体类型：objc_class & objc_object

NSObject的底层编译是NSObject_IMPL结构体，其中 Class是isa指针的类型，是由objc_class定义的类型，而objc_class是一个结构体。在iOS中，所有的Class都是以 objc_class 为模板创建的

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};


typedef struct objc_class *Class;

struct objc_object {
    Class _Nonnull isa __attribute__((deprecated));
};

objc_class 与 objc_object 有什么关系？

• 结构体类型objc_class继承自objc_object类型，其中objc_object也是一个结构体，且有一个isa属性，所以objc_class也拥有了isa属性
• mian.cpp底层编译文件中，NSObject中的isa在底层是由Class定义的，其中class的底层编码来自objc_class类型，所以NSObject也拥有了isa属性
• NSObject是一个类，用它初始化一个实例对象objc，objc满足objc_object的特性（即有isa属性），主要是因为isa是由NSObject从objc_class继承过来的，而objc_class继承自objc_object，objc_object有isa属性。所以对象都有一个isa，isa表示指向，来自于当前的objc_object
• objc_object（结构体）是当前的根对象，所有的对象都有这样一个特性objc_object，即拥有isa属性

objc_object 与对象的关系

• 所有的对象都是以objc_object为模板继承过来的
• 所有的对象是来自NSObject（OC），但是真正到底层的是一个objc_object（C/C++）的结构体类型

5、方法列表存储位置

• 类的实例方法存储在类的bits属性中，通过bits --> methods() --> list获取实例方法列表，例如CJLPersong类的实例方法sayHello就存储在CJLPerson类的bits属性中，类中的方法列表除了包括实例方法，还包括属性的set方法和get方法
• 类的类方法存储在元类的bits属性中，通过元类bits --> methods() --> list获取类方法列表，例如CJLPerson中的类方法sayBye就存储在CJLPerson类的元类（名称也是CJLPerson）的bits属性中

6、什么是属性、成员变量、实例变量？

• 属性(property)：在OC中是通过@property开头定义，且是带下划线成员变量 + setter + getter方法的变量
• 成员变量(ivar)：在OC的类中{}中定义的，且没有下划线的变量
• 实例变量：通过当前对象类型，具备实例化的变量，是一种特殊的成员变量，例如NSObject、UILabel、UIButton等

7、元类中为什么会有类对象的类方法？

lgObjc_copyMethodList函数分析

在这个函数中，主要是获取类中的方法列表，实例方法存储在类中，类方法存储在元类中

lgInstanceMethod_classToMetaclass函数分析

在分析前，需要先了解class_getInstanceMethod这个方法，主要是用于获取实例方法，如果在传入的类或者类的父类中没有找到指定的实例方法，则返回NULL

lgClassMethod_classToMetaclass函数分析

在分析前，需要先了解class_getClassMethod这个方法，主要是用于获取类方法，如果在传入的类或者类的父类中没有找到指定的类方法，则返回NULL

//获取类方法
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

//获取元类
 // NOT identical to this->ISA when this is a metaclass 判断是否是元类，是元类就直接返回，反之，继续找isa指向
Class getMeta() {
    if (isMetaClass()) return (Class)this;
    else return this->ISA();
}

看该方法的源码实现，可以得出class_getClassMethod的实现是获取类的类方法，其本质就是获取元类的实例方法，最终还是会走到class_getInstanceMethod，但是在这里需要注意的一点是：在getMeta源码中，如果判断出cls是元类，那么就不会再继续往下递归查找，会直接返回this，其目的是为了防止元类的无限递归查找

源码流程图如下所示

image.png

lgIMP_classToMetaclass函数分析

class_getMethodImplementation 主要是返回方法的具体实现

IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    //查找方法实现
    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    //如果没有找到，则进行消息转发
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}

该函数在向类实例发送消息时会被调用，并返回一个指向方法实现函数的指针。这个函数会比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函数指针可能是一个指向runtime内部的函数，而不一定是方法的实际实现。如果类实例无法响应selector，则返回的函数指针将是运行时消息转发机制的一部分

总结：

• class_getInstanceMethod：获取实例方法，如果指定的类或其父类不包含带有指定选择器的实例方法，则为NULL
• class_getClassMethod：获取类方法，如果指定的类或其父类不包含具有指定选择器的类方法，则为NULL。
• class_getMethodImplementation：获取方法的具体实现，如果未查找到，则进行消息转发