1.准备工作


我们要研究类,所以首先肯定要需要定义几个类,这里我们就定义两个类,并且他们之间最好有继承关系,方便后续探索。

  1. 继承自NSObject的YSHPerson类



iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_iOS 类对象和元类


  1. 继承自YSHPerson的YSHStudent类


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_xcode_02


  1. 在main.m文件中定义两个对象


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_03


2.元类


什么是元类?

  1. 以类作为其实例的类。
  2. 元类的定义和创建都是由编译器完成的。
  3. 对象的isa指向类,而类其实也是一个对象,我们可以称之为类对象,而类对象的isa则指向了元类。 这么看元类的定义太抽象了,下面我通过lldb结合代码进行分析。


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_iOS 类对象和元类_04


isa走位

由上图分析,我们大致可以得出isa的走位:

  • 对象的isa指向类
  • 类的isa指向元类
  • 元类的isa指向根元类(NSObject)
  • 根元类的isa指向自己

3.继承


下面我们来分析一下继承关系,我们分为两种:

  1. 类的继承关系


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_05


通过👇的打印信息,我们可以看出类的继承关系:子类---->父类---->父类的父类---->根类(NSObject)---->nil


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_06


2. 元类的继承关系

刚才我们分析了类的继承关系,那我们大胆猜测元类是否也有相应的集成关系呢?老规矩,我们还是先写一个函数,通过信息打印来更加直观的分析。


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_07


通过👇的打印信息,我们可以看出来元类之间也是存在继承关系的,但是元类的继承链路和类的继承链路还是有不同的。特殊之处在根元类(NSObject)最后又继承了根类(NSObject) 子元类---->父元类---->父元类的父元类---->根元类(NSObject)---->根类(NSObject)---->nil


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_objective-c_08


4.isa走位&类继承总结


根据上面的探索分析,我们可以得出来那一份肥肠经典的isa&继承走位图


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_iOS 类对象和元类_09


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(NSObject)(root metal class)。
  • 根元类(NSObject)(root meta class)的isa指向自己本身,形成闭环。 继承关系
  1. 类的继承
  • 类(subClass)继承自父类(superClass)。
  • 父类(superClass)继承自根类(NSObject)(rootClass)。
  • 根类(NSObject)继承自nil,这也是为什么NSObject是根类。
  1. 元类的继承
  • 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)继承自根类(NSObject)(root class)。 特别注意!!!!!

5.类的结构分析


5.1内存偏移

分析类的结构之前,我们需要了解内存偏移,因为我们想要拿到类的内容时,需要通过内存偏移去取。

普通指针


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_xcode_10


打印结果如下:


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_xcode_11


a和b都指向10,但是a和b的地址不一样,地址之间相差4字节,因为a和b都是int类型。

  • 对象指针


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_Powered by 金山文档_12


打印结果如下:


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_13


p1和p2也是指针,分别指向[YSHPerson alloc]创建的内存地址。 &p1和&p2是指向p1和p2对象指针的地址。

  • 数组指针


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_14


打印结果如下:


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_ios_15


①&c和&c[0]取出来的都是首地址。 ②&c和&c[1]相差4个字节(地址之间差值,取决于存储的数据类型) ③通过首地址+偏移量可以取出数组中的元素,偏移量也就是我们常说的数组下标。内存中首地址移动的字节数 = 偏移量 * 数据类型字节数

5.2类结构探索

通过objc源码,我们可以大致知道objc_class内部大致有哪些东西,如下图所示: ps:因为源码中有很多方法,对我们用处不大,这里已省略。


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_xcode_16


①isa:虽然此处注释了,但是objc_class继承自objc_object,所以objc_class肯定也是有isa的,占8字节。 ②superclass:Class类型,本质是一个结构体指针,占8字节。 ③cache:是cache_t类型,通过源码我们可以知道cache_t是结构体类型,结构体类型的内存大小是由其内部的属性来决定的。 ④bits:是class_data_bits_t类型,我们无法获取其具体内存大小,只能通过我们上面说的内存偏移去获取bits。

  1. cache内存大小计算


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_Powered by 金山文档_17


我们发现cache_t是一个结构体,除去static修饰的属性,其中影响其内存大小的只有👆截图中的两个:_bucketsAndMaybeMask和联合体 我们可以得出cache_t这个结构体的内存大小为8+8=16字节。

  1. 获取bits

我们在源码中发现了一个很有意思的结构体class_rw_t,这里面有几个我们非常熟悉的属性method_array_t property_array_t property_array_t,不管三七二十一,我先认为属性、方法存在这里面,下面👇我们正式开始验证这个大胆的猜测。

  • 属性列表-property_list


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_Powered by 金山文档_18


我们发现property_list里只有属性,没有成员变量。那么成员变量又会存在哪里呢?下面我们一步一步探索。 PS:属性与成员变量的区别就是有没有set/get方法,如果有,则是属性;如果没有,则是成员变量。

方法列表-methods_list


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_iOS 类对象和元类_19


  • 成员变量-ivars


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_iOS 类对象和元类_20


我们获取的ivars属性,通过打印发现 成员列表中除了sex,还有_name和_familyName。

5.2.1属性&成员变量总结

通过@property声明的属性,存储在类的bits-->data()-->properties()-->list,只包含属性
通过{}声明的成员变量,存储在类的bits-->data()-->ro()-->ivars中,除了成员变量,还包括属性定义的_成员变量

  • 类方法


iOS 类对象和元类 ios 元类和类结构_iOS 类对象和元类_21


经过我们的层层验证,发现我们大胆的猜测都是正确的!!!💪💪💪

5.2.2实例方法&类方法总结
  • 类的实例方法存储在bits-->data()-->methods()-->list,其中既包括实例方法,还包括属性的set/get方法。
  • 类的类方法存储在元类bits-->data()-->methods()-->list,其中只有类方法。