一、OC 對象的種類

1.OC 對象的種類

OC 對象有三個大的種類：

• instance 對象（實例對象）

• class 對象（類對象）

• meta-class 對象（元類對象）

2.instance 對象

instance對象就是通過類alloc出來的對象，每次調(diào)用alloc都會產(chǎn)生新的instance對象，分別占據(jù)著兩塊不同的內(nèi)存。

instance 對象在內(nèi)存中存儲的信息包括

• isa指針

• 其他成員變量

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注意：實例對象不存放方法的信息、協(xié)議的信息、屬性的信息等，只存儲成員變量的值。

3.class 對象

我們通 class 方法或 runtime 的 object_getClass() 方法得到一個class對象。class對象也就是類對象。

獲取類對象代碼：

Class objectClass1 = [object1 class];
Class objectClass3 = [NSObject class];

// runtime
Class objectClass4 = object_getClass(object1);
Class objectClass5 = object_getClass(object2);

每一個類在內(nèi)存中有且只有一個class對象。

class對象在內(nèi)存中存儲的信息主要包括：

• isa指針

• superclass指針

• 類的屬性信息（@property），類的成員變量信息（ivar）

• 類的對象方法信息（instance method），類的協(xié)議信息（protocol）

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成員變量的值時存儲在實例對象中的，因為只有當(dāng)我們創(chuàng)建實例對象的時候才為成員變賦值。但是成員變量叫什么名字，是什么類型，只需要有一份就可以了。所以存儲在class對象中。

4.元類對象 meta-class

獲取元類對象代碼：

//runtime中傳入類對象此時得到的就是元類對象
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
// 而調(diào)用類對象的class方法時得到還是類對象，無論調(diào)用多少次都是類對象
Class cls = [[NSObject class] class];
Class objectClass3 = [NSObject class];
class_isMetaClass(objectMetaClass) // 判斷該對象是否為元類對象
NSLog(@"%p %p %p", objectMetaClass, objectClass3, cls); // 后面兩個地址相同，說明多次調(diào)用class得到的還是類對象

每個類在內(nèi)存中有且只有一個meta-class對象。 meta-class對象和class對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的，但是用途不一樣。

元類對象在內(nèi)存中存儲的信息主要包括

• isa指針
• superclass指針
• 類的類方法的信息（class method）

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meta-class對象和class對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是一樣的，所以meta-class中也有類的屬性信息，類的對象方法信息等成員變量，但是其中的值可能是空的。

5.獲取類對象/元類對象 API

Class objc_getClass(const char *aClassName)

• 傳入字符串類名
• 返回對應(yīng)的類對象，只能返回類返現(xiàn)

Class object_getClass(id obj)

• 傳入的 obj 可能是 instance 對象、class 對象、meta-class 對象
• 返回值：
  • 傳入 instance 對象，返回 class 對象
  • 傳入 class 對象，返回 meta-class 對象
  • 傳入 meta-class 對象，返回 NSObject 基類的 meta-class 對象

- (Class)class、 + (Class)class

• 只返回類對象，調(diào)用多次也只返回類對象

二、isa 指針

1.instance 對象的 isa 指針

instance的isa指向class，當(dāng)調(diào)用對象方法時，通過instance的isa找到class，最后找到對象方法的實現(xiàn)進行調(diào)用。

2.class 對象的 isa 指針

類方法是存儲在meta-class元類對象中的。class的isa指向meta-class 當(dāng)調(diào)用類方法時，通過class的isa找到meta-class，最后找到類方法的實現(xiàn)進行調(diào)用

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三、superclass 指針

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Person 是 Student 的子類，當(dāng)Student的instance對象要調(diào)用Person的對象方法時，會先通過isa找到Student的class，然后通過superclass找到Person的class，最后找到對象方法的實現(xiàn)進行調(diào)用，同樣如果Person發(fā)現(xiàn)自己沒有響應(yīng)的對象方法，又會通過Person的superclass指針找到NSObject的class對象，去尋找響應(yīng)的方法。

當(dāng)類對象調(diào)用父類的類方法時，就需要先通過isa指針找到meta-class，然后通過superclass去尋找響應(yīng)的方法。當(dāng)Student的class要調(diào)用Person的類方法時，會先通過isa找到Student的meta-class，然后通過superclass找到Person的meta-class，最后找到類方法的實現(xiàn)進行調(diào)用。

四、總結(jié)圖

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對 isa、superclass 總結(jié)

• instance的isa指向class
• class的isa指向meta-class
• meta-class的isa指向基類的meta-class，基類的isa指向自己
• class的superclass指向父類的class，如果沒有父類，superclass指針為nil
• meta-class的superclass指向父類的meta-class，基類的meta-class的superclass指向基類的class
• instance調(diào)用對象方法的軌跡，isa找到class，方法不存在，就通過superclass找父類
• class調(diào)用類方法的軌跡，isa找meta-class，方法不存在，就通過superclass找父類

五、證明過程

1.證明對象的 isa 指針指向類對象

NSObject *object = [[NSObject alloc] init];
Class objectClass = [NSObject class];
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
        
NSLog(@"%p %p %p", object, objectClass, objectMetaClass);

打印對象的 isa 指針

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我們發(fā)現(xiàn)object->isa與objectClass的地址不同，這是因為從64bit開始，isa需要進行一次位運算，才能計算出真實地址。而位運算的值我們可以通過下載objc源代碼找到。

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我們通過位運算進行驗證。

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我們發(fā)現(xiàn)，object-isa指針地址0x001dffff96537141經(jīng)過同0x00007ffffffffff8位運算，得出objectClass的地址0x00007fff96537140

2.證明類的 isa 指針指向元類對象

由于控制臺無法打印類的 isa 指針（頭文件未暴露此結(jié)構(gòu)），我們需要通過其他的方式去證明。

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查看源碼

typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

我們通過自己創(chuàng)建一個同樣的結(jié)構(gòu)體并進行強制轉(zhuǎn)換，這樣我們就可以拿到 isa 指針了。

struct xx_cc_objc_class{
    Class isa;
};

Class objectClass = [NSObject class];
struct xx_cc_objc_class *objectClass2 = (__bridge struct xx_cc_objc_class *)(objectClass);

最終結(jié)果

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objectClass2的isa指針經(jīng)過位運算之后的地址是meta-class的地址。

3.證明基類 NSObject 元類對象的 superclass 指針指向 NSObject 類對象

NSObject 定義以下方法

- (void)test;
// + (void)test; 不定義此方法

NSObject 子類 Person 不定義 test 方法。

調(diào)用 [Person test]，最終會調(diào)到 NSObject 的 - (void)test 方法。

說明：調(diào)用 [Person test]，調(diào)用類方法，首先通過 Person class 對象的 isa 指針找到 Pseron meta-class，在 meta-class 的方法列表中尋找 test 方法，此時沒有找到，然后通過 Pseron meta-class 的 superclass 找到 NSObject meta-class，NSObject meta-class 方法列表中也未找到 test 方法，然后通過 NSObject meta-class 的 superclass 指針找到 NSObject class 對象，在 NSObject class 對象的方法列表中找到了 test 實例方法，最終進行調(diào)用。所以看起來是調(diào)用了一個類方法，但最終是調(diào)用了一個 NSObject 的實例方法。

二、面試題

一個 NSObject 對象占用多少內(nèi)存？

1. 系統(tǒng)分配了16個字節(jié)給 NSObject 對象（通過 malloc_size 函數(shù)獲得）。
2. 但 NSObject 對象內(nèi)部只使用了8個字節(jié)的空間（64bit環(huán)境下，可以通過 class_getInstanceSize 函數(shù)獲得）。

對象的isa指針指向哪里？

1. instance 對象的 isa 指向 class 對象。
2. class 對象的 isa 指向 meta-class 對象。
3. meta-class 對象的 isa 指向基類的 meta-class 對象。

OC的類信息存放在哪里？

1. 對象方法、屬性、成員變量、協(xié)議信息，存放在 class 對象中。
2. 類方法，存放在 meta-class 對象中。
3. 成員變量的具體值，存放在 instance 對象。

感謝原作者‘666真666’的分享，在此留存。原文鏈接