Objective-C的runtime是开源的，源码可以在苹果官网下载到：​​objc4​​。

在objc4-532.2以后，苹果把NSObject的实现也挪进来了。想要了解NSObject底层实现终于不用去抠​​GNUstep​​了～

好了，下面正文：


1.id和Class的定义

runtime里面，声明了id和Class的类型，简化一下如下：



 




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struct objc_class {


    struct objc_class *isa;


};


struct objc_object {


    struct objc_class *isa;


};


 


typedef struct objc_class *Class; //类  (class object)


typedef struct objc_object *id;   //对象 (instance of class)



在objc中，id代表了一个对象。根据上面的声明，凡是首地址是*isa的struct指针，都可以被认为是objc中的对象。运行时可以通过isa指针，查找到该对象是属于什么类(Class)。

 

2.运行时的实现方式

根据上面的说法，类对象(Class)同样也算是对象，那它的isa又是指向了什么呢？为了了解这些东西是怎么回事，这里写一个简单的类NyanCat，并且用C重写一遍，看看编译器在底层到底是如何实现的。



 




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@interface NyanCat : NSObject {


    int age;


    NSString *name;


}


- (void)nyan;


+ (void)nyan;


@end


 


@implementation NyanCat


- (void)nyan1 {


    printf("instance nyan~");


}


+ (void)nyan2 {


    printf("class nyan~");


}


@end



上面是一个简单的类，有两个instance variable，有一个类方法、一个实例方法。



 




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clang -rewrite-objc NyanCat.m



在终端执行上面这一条语句，让clang将该类重写为cpp代码，我们就能查看到大概底层的实现机制了(实际编译的文件和这个会有些出入，不同目标架构和不同版本clang也会有不同..权且当参考了)。

 

rewrite后的代码基本是纯C的，稍微整理一下，可以提取出下面这些信息：



 




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//Class的实际结构


struct _class_t {


struct _class_t *isa;        //isa指针


struct _class_t *superclass; //父类


void *cache;


void *vtable;


struct _class_ro_t *ro;     //Class包含的信息


};


 


//Class包含的信息


struct _class_ro_t {


unsigned int flags;


unsigned int instanceStart;


unsigned int instanceSize;


unsigned int reserved;


const unsigned char *ivarLayout;


const char *name;                                 //类名


const struct _method_list_t *baseMethods;         //方法列表


const struct _objc_protocol_list *baseProtocols;  //协议列表


const struct _ivar_list_t *ivars;                 //ivar列表


const unsigned char *weakIvarLayout;


const struct _prop_list_t *properties;            //属性列表


};


 


//NyanCat(meta-class)


struct _class_t OBJC_METACLASS_$_NyanCat  = {


.isa        = &OBJC_METACLASS_$_NSObject,


.superclass = &OBJC_METACLASS_$_NSObject,


.cache      = (void *)&_objc_empty_cache,


.vtable     = (void *)&_objc_empty_vtable,


.ro         = &_OBJC_METACLASS_RO_$_NyanCat, //包含了类方法等


};


 


//NyanCat(Class)


struct _class_t OBJC_CLASS_$_NyanCat = {


.isa        = &OBJC_METACLASS_$_NyanCat,   //此处isa指向meta-class


.superclass = &OBJC_CLASS_$_NSObject,


.superclass = (void *)&_objc_empty_cache,


.vtable     = (void *)&_objc_empty_vtable,


.ro         = &_OBJC_CLASS_RO_$_NyanCat,   //包含了实例方法 ivar信息等


};


 


typedef struct objc_object NyanCat;   //定义NyanCat类型


//更详细的不贴代码了..



所有NyanCat的实例的isa都指向了NyanCat(Class)。

NyanCat(Class)是一个全局变量，其中记录了类名、成员变量信息、property信息、protocol信息和实例方法列表等。

NyanCat(Class)的isa指向了全局变量NyanCat(meta-class)，meta-class里只记录了类名、类方法列表等。

画出图来就是这样：

​​Objective-C 中的类和对象_类名​​

举例来说一下：



 




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NyanCat *cat = [[NyanCat alloc] init];


[cat nyan1];



向cat (instance) 发送消息nyan1时，运行时会通过isa指针查找到NyanCat(Class)，这里保存着本类中定义的实例方法的指针。



 




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[NyanCat nyan2];



向NyanCat(Class)发送消息nyan2时，运行时会通过isa查找到NyanCat(meta-class)，这里保存着本类中定义的类方法的指针。

运行时如何利用Chass和meta-class来实现动态消息的，以后在记吧～

3.类的继承

在_class_t里面，第二个成员是superclass，很明显这个指针指向了它的父类。运行时可以通过isa和superclass获取一个类在继承树上的完整信息。

为了说明方便，这里把上面的例子稍微改一下：NyanCat : Cat : NSObject 这样一个继承树，画出图来就是这样子的：

​​Objective-C 中的类和对象_类名_02​​

 

如上面图中，跟随黑线，可以看到isa的指向。运行时，每个对象的isa都不为空，这样只要是一个id类型的对象，runtime都可以通过访问首地址偏移(isa)来获取该对象的信息了。

上图中跟随绿线，可以看到superclass的指向。当运行时在搜寻方法、ivar信息时，如果没有找到信息，则会沿superclass的线查找上去，最终NSObject(根类)的superclass是nil。

如果自己定义了一个根类(比如NSProxy)，则这个根类会替换图中NSObject的位置。

为了验证上面的说法，可以敲一下代码看看：



 




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#import "NyanCat.h"


#import <objc/runtime.h>


#import <objc/objc.h>


 


void test() {


    NyanCat *cat = [[NyanCat alloc] init];


 


    Class cls = object_getClass(cat); //NyanCat(Class)


    class_getName(cls);               //"NyanCat"


    class_isMetaClass(cls);           //NO


 


    Class meta = object_getClass(cls); //NyanCat(meta-class)


    class_getName(meta);               //"NyanCat"


    class_isMetaClass(cls);            //YES


 


    Class meta_meta = object_getClass(meta); //NSObject(meta-class)


    class_getName(meta_meta);                //"NSObject"


    class_isMetaClass(meta_meta);            //YES


}



 

 

 

最后吐嘈一下：平时开发时，meta-class基本是用不着接触的，superclass指针无法访问，isa指针可能稍后也会隐藏起来(苹果的动作真多)。。所以上面说得这些，了解一下就好～～


------------------越是喧嚣的世界，越需要宁静的思考------------------ 合抱之木，生于毫末；九层之台，起于垒土；千里之行，始于足下。 积土成山，风雨兴焉；积水成渊，蛟龙生焉；积善成德，而神明自得，圣心备焉。故不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍。锲而舍之，朽木不折；锲而不舍，金石可镂。蚓无爪牙之利，筋骨之强，上食埃土，下饮黄泉，用心一也。蟹六跪而二螯，非蛇鳝之穴无可寄托者，用心躁也。