Cocoa深入淺出：類與對象

作者：羅朝輝 2012-05-21 09:51:25

最近打算寫一些Objective-C中比較底層的東西，尤其是 runtime 相關(guān)的。蘋果已經(jīng)將Objective-C runtime代碼開源了，我們可以從：http://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-493.9/runtime/ 瀏覽源代碼.

從哪里入手呢？那當然是最基本的類與對象。與C++相比，ObjC中的類與對象結(jié)構(gòu)要簡潔與一致得多（參考《深度探索C++對象模型》，你就知道C++中類與對象結(jié)構(gòu)的復(fù)雜）。本文將詳細講解ObjC中類與對象的結(jié)構(gòu)，下回將講如何在 runtime 時操作類。

我們可以在/usr/include/objc/objc.h 和 runtime.h 中找到對 class 與 object 的定義：

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

Class 是一個 objc_class 結(jié)構(gòu)類型的指針；而 id（任意對象）是一個 objc_object 結(jié)構(gòu)類型的指針，其***個成員是一個 objc_class 結(jié)構(gòu)類型的指針。注意這里有一關(guān)鍵的引申解讀：內(nèi)存布局以一個 objc_class 指針為開始的所有東東都可以當做一個 object 來對待！那 objc_class 又是怎樣一個結(jié)構(gòu)體呢？且看：

struct objc_class
{
    struct objc_class* isa;
    struct objc_class* super_class;
    const char* name;
    long version;
    long info;
    long instance_size;
    struct objc_ivar_list* ivars;
    struct objc_method_list** methodLists;
    struct objc_cache* cache;
    struct objc_protocol_list* protocols;
};

objc_class 結(jié)構(gòu)體的各成員介紹如下：

isa：是一個 objc_class 類型的指針，看到這里，想起我前面的引申解讀了沒？內(nèi)存布局以一個 objc_class 指針為開始的所有東東都可以當做一個 object 來對待！這就是說 objc_class 或者說類其實也可以當做一個 objc_object 對象來對待！對象是對象，類也是對象，是不是有點混淆？別急，ObjC發(fā)明（or 重用）了一個術(shù)語來區(qū)分這兩種不同的對象：類對象（class object）與實例對象（instance object）。OK，名稱混淆的問題解決，下面我將使用這兩個術(shù)語來區(qū)分不同的對象，而使用“對象”這一術(shù)語來泛指所有的對象。ObjC還對類對象與實例對象中的 isa 所指向的類結(jié)構(gòu)作了不同的命名：類對象中的 isa 指向類結(jié)構(gòu)被稱作 metaclass，metaclass 存儲類的static類成員變量與static類成員方法（+開頭的方法）；實例對象中的 isa 指向類結(jié)構(gòu)稱作 class（普通的），class 結(jié)構(gòu)存儲類的普通成員變量與普通成員方法（-開頭的方法）。

super_class：一看就明白，指向該類的父類唄！如果該類已經(jīng)是最頂層的根類（如 NSObject 或 NSProxy），那么 super_class 就為 NULL。

好，先中斷一下其他類結(jié)構(gòu)成員的介紹，讓我們厘清一下在繼承層次中，子類，父類，根類（這些都是普通 class）以及其對應(yīng)的 metaclass 的 isa 與 super_class 之間關(guān)系:

規(guī)則一：類的實例對象的 isa 指向該類；該類的 isa 指向該類的 metaclass；

規(guī)則二：類的 super_class 指向其父類，如果該類為根類則值為 NULL；

規(guī)則三：metaclass 的 isa 指向根 metaclass，如果該 metaclass 是根 metaclass 則指向自身；

規(guī)則四：metaclass 的 super_class 指向父 metaclass，如果該 metaclass 是根 metaclass 則指向該 metaclass 對應(yīng)的類；

好吧，文字總是那么乏力，有圖有真相！

那么 class 與 metaclass 有什么區(qū)別呢？

class 是 instance object 的類類型。當我們向?qū)嵗龑ο蟀l(fā)送消息（實例方法）時，我們在該實例對象的 class 結(jié)構(gòu)的 methodlists 中去查找響應(yīng)的函數(shù)，如果沒找到匹配的響應(yīng)函數(shù)則在該 class 的父類中的 methodlists 去查找（查找鏈為上圖的中間那一排）。如下面的代碼中，向str 實例對象發(fā)送 lowercaseString 消息，會在 NSString 類結(jié)構(gòu)的 methodlists 中去查找 lowercaseString 的響應(yīng)函數(shù)。

NSString * str;
[str lowercaseString];

metaclass 是 class object 的類類型。當我們向類對象發(fā)送消息（類方法）時，我們在該類對象的 metaclass 結(jié)構(gòu)的 methodlists 中去查找響應(yīng)的函數(shù)，如果沒有找到匹配的響應(yīng)函數(shù)則在該 metaclass 的父類中的 methodlists 去查找（查找鏈為上圖的最右邊那一排）。如下面的代碼中，向 NSString 類對象發(fā)送 stringWithString 消息，會在 NSString 的 metaclass 類結(jié)構(gòu)的 methodlists 中去查找 stringWithString 的響應(yīng)函數(shù)。

[NSString stringWithString:@"str"];

好，至此我們明白了類的結(jié)構(gòu)層次，讓我們接著看類結(jié)構(gòu)中的其他成員。

name：一個 C 字符串，指示類的名稱。我們可以在運行期，通過這個名稱查找到該類（通過：id objc_getClass(const char *aClassName)）或該類的 metaclass（id objc_getMetaClass(const char *aClassName)）；

version：類的版本信息，默認初始化為 0。我們可以在運行期對其進行修改（class_setVersion）或獲取（class_getVersion）。

info：供運行期使用的一些位標識。有如下一些位掩碼：

CLS_CLASS (0x1L) 表示該類為普通 class ，其中包含實例方法和變量；

CLS_META (0x2L) 表示該類為 metaclass，其中包含類方法；

CLS_INITIALIZED (0x4L) 表示該類已經(jīng)被運行期初始化了，這個標識位只被 objc_addClass 所設(shè)置；

CLS_POSING (0x8L) 表示該類被 pose 成其他的類；（poseclass 在ObjC 2.0中被廢棄了）；

CLS_MAPPED (0x10L) 為ObjC運行期所使用

CLS_FLUSH_CACHE (0x20L) 為ObjC運行期所使用

CLS_GROW_CACHE (0x40L) 為ObjC運行期所使用

CLS_NEED_BIND (0x80L) 為ObjC運行期所使用

CLS_METHOD_ARRAY (0x100L) 該標志位指示 methodlists 是指向一個 objc_method_list 還是一個包含 objc_method_list 指針的數(shù)組；

instance_size：該類的實例變量大小（包括從父類繼承下來的實例變量）；

ivars：指向 objc_ivar_list 的指針，存儲每個實例變量的內(nèi)存地址，如果該類沒有任何實例變量則為 NULL；

methodLists：與 info 的一些標志位有關(guān)，CLS_METHOD_ARRAY 標識位決定其指向的東西（是指向單個 objc_method_list還是一個 objc_method_list 指針數(shù)組），如果 info 設(shè)置了 CLS_CLASS 則 objc_method_list 存儲實例方法，如果設(shè)置的是 CLS_META 則存儲類方法；

cache：指向 objc_cache 的指針，用來緩存最近使用的方法，以提高效率；

protocols：指向 objc_protocol_list 的指針，存儲該類聲明要遵守的正式協(xié)議。

總結(jié)：

ObjC 為每個類的定義生成兩個 objc_class ，一個即普通的 class，另一個即 metaclass。我們可以在運行期創(chuàng)建這兩個 objc_class 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后使用 objc_addClass 動態(tài)地創(chuàng)建新的類定義。這個夠動態(tài)夠強大的吧？下回講演示如何在運行期動態(tài)創(chuàng)建新類。

原文地址：http://www.cnblogs.com/kesalin/archive/2012/01/19/2338299.html

責任編輯：佚名來源：飄飄白云

類對象 Cocoa