Objective-C --- 类和对象（一）

谈谈OC中的类和对象，一些术语和常用的操作方法。

1.类（Class）

OC 中的类是用 Class 类型来表示的，实际上它是一个指向 objc_class 结构体的指针。它的定义如下：

typedef struct objc_class *Class;

在 objc/runtime.h 源码中可以看到 objc_class 结构体的数据结构，如下：

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;

解释下上述源码中几个字段的含义：

isa：一个对象所对的应的类里面有一个 isa 指针，指向这个类 Class，同时，类本身也是一个对象，其对应的类里面也有一个 isa 指针，指向的是 Meta Class，也就是元类。

super_class：指向类的父类，如果该类已经是最顶层的根类(如：NSObject 或 NSProxy)，则父类为NULL。

cache：用于缓存最近使用的方法。一个接收者对象接收到一个消息时，它会根据isa指针去查找能够响应这个消息的对象。在实际使用中，这个对象只有一部分方法是常用的，很多方法其实很少用或者根本用不上。这种情况下，如果每次消息来时，我们都是methodLists中遍历一遍，性能势必很差。这时，cache就派上用场了。在我们每次调用过一个方法后，这个方法就会被缓存到cache列表中，下次调用的时候runtime就会优先去cache中查找，如果cache没有，才去methodLists中查找方法。这样，对于那些经常用到的方法的调用，但提高了调用的效率。

2.元类（Meta Class）

元类是一个类对象所对应的类。当我们向一个对象发送消息时，runtime会在这个对象所属的这个类的方法列表中查找方法；而向一个类发送消息时，会在这个类的meta-class的方法列表中查找。元类存储着一个类的所有类方法。每个类都会有一个单独的meta-class，因为每个类的类方法基本不可能完全相同。元类也是一个类，也可以向它发送一个消息，那么它的isa又是指向什么呢？为了不让这种结构无限延伸下去，Objective-C的设计者让所有的meta-class的isa指向基类的meta-class，以此作为它们的所属类。即，任何NSObject继承体系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作为自己的所属类，而基类的meta-class的isa指针是指向它自己。这样就形成了一个完美的闭环。

通过上面的描述，再加上对objc_class结构体中super_class指针的分析，我们就可以描绘出类及相应meta-class类的一个继承体系了，如下图所示：

再来看下 objc_method 的数据结构：

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    char * _Nullable method_types                            OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP _Nonnull method_imp                                  OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

由上看出，OC中实例方法是通过isa找到object所属的class，再在class中找到要调用的method。此可得出结论：类中存储着实例方法。实际上，类中存储着类定义的一切：成员变量、属性列表，遵守的协议等，但不包括类方法。类方法存在哪？答案又是今天的主角——类方法是存在元类中的，此外元类中还存有类的信息(类的版本，名字）。比如发送一个类消息[class aMessage];，class中的isa就指向class的元类，在元类中搜索调用的类方法，搜索层次类似于实例方法的搜索。

3.利用 runtime 来操作类和对象

runtime提供了大量的函数来操作类与对象。类的操作方法大部分是以class_为前缀的，而对象的操作方法大部分是以objc_或object_为前缀。从 objc_class 的结构来看，runtime提供的操作方法主要就是针对这个结构体中的各个字段的。

获取类名
class_getName(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls)

获取类的父类
Class c = class_getSuperclass(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls)
等价于：Class c = [NSObject类 superclass];

判断类是否是元类
class_isMetaClass(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls)



获取实例大小
class_getInstanceSize(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls)

获取类中指定名称实例成员变量的信息
class_getInstanceVariable(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, const char * _Nonnull name)

获取类成员变量的信息
class_getClassVariable(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, const char * _Nonnull name)

添加成员变量
class_addIvar(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, const char * _Nonnull name, size_t size, uint8_t alignment, const char * _Nullable types)

获取整个成员变量列表
class_copyIvarList(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, unsigned int * _Nullable outCount)



获取指定的属性
class_getProperty(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, const char * _Nonnull name)

获取属性列表
class_copyPropertyList(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, unsigned int * _Nullable outCount)

为类添加属性
class_addProperty(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, const char * _Nonnull name, const objc_property_attribute_t * _Nullable attributes, unsigned int attributeCount)

替换类的属性
class_replaceProperty(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, const char * _Nonnull name, const objc_property_attribute_t * _Nullable attributes, unsigned int attributeCount)



添加方法
class_addMethod(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name, IMP  _Nonnull imp, const char * _Nullable types)

获取实例方法
class_getInstanceMethod(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name)

获取类方法
class_getClassMethod(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name)

获取所有方法的数组
class_copyMethodList(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, unsigned int * _Nullable outCount)

替代方法的实现
class_replaceMethod(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name, IMP  _Nonnull imp, const char * _Nullable types)

返回方法的具体实现
class_getMethodImplementation(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name)
class_getMethodImplementation_stret(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name)

类实例是否响应指定的selector
class_respondsToSelector(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull sel)