小码哥iOS学习笔记第三天: isa和superclass

• Objective-C中的对象, 主要可以分为3种

  • instance: 实例对象, 包含 isa和其他成员变量的值, ...
  • class: 类对象, 包含, isa、superclass、属性、对象方法、协议、成员变量的描述, ...
  • meta-class: 元类对象, 包含 isa、superclass、类方法, ...

• 可以用下图表示每种对象中包含的内容

一、准备代码

• 准备两个类, Person类继承自NSObject, Student类继承自Person, 具体如下:

@interface Person : NSObject <NSCopying> {
    int _age;
}
@property (nonatomic, assign) double height;
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end

@implementation Person
- (void)personInstanceMethod {}
+ (void)personClassMethod {}

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

@interface Student : Person {
    int _no;
}
@property (nonatomic, assign) double weight;
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end
@implementation Student
- (void)studentInstanceMethod {}
+ (void)studentClassMethod {}
@end
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• Person类中, 主要包含以下内容

  • int类型的成员变量_age
  • double类型的属性height
  • 一个实例方法- (void)personInstanceMethod
  • 一个类方法+ (void)personClassMethod
  • 遵守NSCopying协议, 并实现- (id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone方法

• Student类中, 主要包含以下内容

  • int类型的成员变量_no
  • double类型的成员变量weight
  • 一个对象方法- (void)studentInstanceMethod
  • 一个类方法+ (void)studentClassMethod

二、验证OC调用方法是发送消息机制

• OC中方法的调用, 是通过发送消息机制实现的, 我们可以查看底层代码来验证

• 创建Person类的对象, 调用方法personInstanceMethod方法

Person *person = [[Person alloc] init];
[person personInstanceMethod];
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• 当前的代码如下图:

• 我们使用终端cd到main.m的文件中, 并执行命令:

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
复制代码

• 将生成的main-arm64.cpp文件拖到当前工程中:

• 可以在main-arm64.cpp文件中, 找到如下代码:

• 可以看到有一句代码:

 ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("personInstanceMethod"));
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• 去掉类型转换后:

objc_msgSend(person, sel_registerName("personInstanceMethod"));
复制代码

• 即: OC中调用方法, 在底层就是发送一条消息

三、对象的isa指针是指向哪里?

问: 对象的isa指针是指向哪里?
答: instance的isa, 指向class类对象, 类对象的isa指向meta-class元类对象

• 以NSObject对象为例

  • NSObject的实例对象: isa 指向 NSObject的class类对象
  • NSObject类对象: isa 指向 NSObject的meta-class元类对象
  • NSObject的meta-class元类对象: isa指向 NSObject的meta-class元类对象

• 以Person对象为例

  • Person的实例对象: isa 指向 Person的class类对象
  • Person类对象: isa 指向 Person的meta-class元类对象
  • Person的meta-class元类对象: isa指向 NSObject的meta-class元类对象

• 以Student对象为例

  • Student的实例对象: isa 指向 Student的class类对象
  • Student类对象: isa 指向 Student的meta-class元类对象
  • Student的meta-class元类对象: isa指向 NSObject的meta-class元类对象

• instance的isa指向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

• class的isa指向meta-class

  • 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

• meta-class的isa指向基类的meta-class

四、class对象的superclass指针

• 类对象的superclass指针, 指向父类的类对象

那么class中的superclass指针的作用是什么呢?

• 现有如下代码:

Student *student = [[Student alloc] init];
[student studentInstanceMethod];
[student personInstanceMethod];
[student init];
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• 当student调用对象方法studentInstanceMethod时, 会有以下查找方式
  • 通过instance的isa找到Student的class类对象, 查看是否有studentInstanceMethod
  • 发现Student的class对象中有studentInstanceMethod方法, 停止继续查找, 通过消息机制调用方法
• 当student调用父类Person的对象方法personInstanceMethod, 会有以下查找方式
  • 通过student的isa找到Student的class类方法, 查看是否有personInstanceMethod
  • 发现Student的class对象中没有personInstanceMethod, 于是通过superclass指针找到Person的class对象, 查看是否有personInstanceMethod
  • 在Person的class对象中发现personInstanceMethod方法, 停止继续查找, 通过消息机制调用方法
• 当student调用基类NSObject的init方法时, 会有以下查找方式
  • 首先, 通过isa指针找到Student的class对象, 查看是否有init方法
  • 在Student的class对象中没有发现init方法, 于是通过superclass指针找到Person的class对象
  • 在Person的class中查找init方法, 结果发现Person的class对象中也没有init方法
  • 此时, 就会通过Person的class对象中的superclass指针, 找到NSObject的class对象中, 查找init方法
  • 在NSObject的class对象中, 找到了init方法, 停止继续查找, 通过消息机制调用方法

注意: class的superclass会指向父类的class对象, 最后指向的是NSObject的class对象, 而NSObject的class对象中的superclass指针, 会指向nil

如果在发现NSObject的class中也没有找到要调用的方法时, 就会报错unrecognized selector sent to instance

五、meta-class中的superclass指针

• 与类对象的superclass指针类似, meta-class中的superclass指针指向父类的meta-class

• 在类方法的调用上, 与实例方法调用类似

• 当Student的class要调用Person的类方法时，会先通过isa找到Student的meta-class，然后通过superclass找到Person的meta-class，最后找到类方法的实现进行调用

注意: 基类NSObject的meta-class对象的superclass最终指向的是NSObject的class对象, 而不是指向nil

六、isa、superclass总结

• isa、superclass的作用如下图:

• intance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

七、验证NSObject的Meta-class对象中的superclass指向自身的Class对象

• 上面提到过: 基类的meta-class的superclass指向基类的class
• 下面通过代码来进行验证

@interface Person: NSObject
+ (void)test;
@end
@implementation Person
+ (void)test {
    NSLog(@"+ [Person text] - %p", self);
}
@end
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• Person类继承自NSObject, 有一个类对方+ (void)test, 并给出了方法的实现

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

// 控制台打印: 
[Person class] - 0x100001170
+ [Person text] - 0x100001170
复制代码

• 根据打印可以知道, 调用方法的正是Person类的Class对象

• 现在删除test方法的实现部分, 只保留声明部分

@interface Person: NSObject
+ (void)test;
@end
@implementation Person
@end
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• 再次调用该方法, 会报出运行时错误, test方法不存在

[Person test];
// 报错: '+[Person test]: unrecognized selector sent to class 0x100001130'
复制代码

• 我们在给NSObject添加一个分类, 实现+ (void)test方法

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

• 再次使用Person的类对象调用test方法

NSLog(@"[Person class] - %p", [Person class]);
[Person test];
// 控制台打印: 
[Person class] - 0x100001220
+ [NSObject test] - 0x100001220
复制代码

• 此时的调用顺序是:

  • 1、Person的类对象, 通过isa找到了Person的元类对象, 并查找有没有test方法
  • 2、由于Person的元类对象中没有test方法, 于是通过superclass找到了父类NSObject的元类对象
  • 3、在NSObject的元类对象中, 发现了test方法, 发送消息, 调用方法

• 接着我们移除掉NSObject分类中的+ (void)test方法的实现

@interface NSObject (Test)
+ (void)test;
@end
@implementation NSObject (Test)
@end
复制代码

• 此时再次使用Person调用+ (void)test方法, 就会报运行时错误

[Person test];
reason: '+[Person test]: unrecognized selector sent to class 0x100001178'
复制代码

• 接着在NSObject的分类中, 给出一个对象方法- (void)test的方法实现

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

• 再次使用Person调用类方法+(void)test

NSLog(@"[Person class] - %p", [Person class]);
[Person test];
// 控制台打印:
[Person class] - 0x1000011b8
- [NSObject test] - 0x1000011b8
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• 此时调用成功, 说明当NSObject的元类对象中没有test方法时, 就会通过superclass指针找到NSObject的类对象, 并查找有没有test方法
• 由于在NSObject中找到了test方法, 所以会直接调用