Runtime Part6 MetaClass

Contents

1. 1. Meta Class 元类
   1. 1.1. Objective-c 中的 每一个类 如: Person类 其实包含两部分
      1. 1.1.1. 一、普通类（类本身）
      2. 1.1.2. 二、元类（系统创建）
   2. 1.2. 先不管神马的，看看关于meta class的系统方法
2. 2. 类 与 Meta类
3. 3. 运行时动态创建一个NSObejct子类，并 添加方法Method、添加变量Ivar、获取Ivar以及值.
   1. 3.1. 再记录一个例子，使用imp_implementationWithBlock()替代上面例子需要一个辅助的static c函数来完成运行时创建Class.
4. 4. Meta Class 元类
5. 5. Objective-c中的 对象 与 类
   1. 5.1. 类
   2. 5.2. 对象
   3. 5.3. 对象、类、元类三者之间的关系图
   4. 5.4. 所有的 类 NSObject子类 都是 objc_class结构体 的实例
   5. 5.5. -[NSObject isKindOfClass:] 查找对象是否是某一个类的对象的源码
   6. 5.6. -[NSObject isMemberOfClass:] 源码

Meta Class 元类

年前在看YYModel源码，刚好碰到关于MetaClass相关东西，之前也一直模模糊糊。过年在家休息没事就学习学习，新的码农一年又开始了…

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Objective-c 中的 每一个类 如: Person类 其实包含两部分

一、普通类（类本身）

• 如、Person类本身(我们创建的类)

二、元类（系统创建）

• Meta Person类，由系统默认创建
• 只不过这个创建Meta Person类的过程，我们不知道而已

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先不管神马的，看看关于meta class的系统方法

• 判断一个objc_class实例是否是Meta类的Class

BOOL class_isMetaClass(Class cls)

• 获取一个NSObject类对应的Meta类的Class

Class objc_getMetaClass(const char *name)

我就只找到这两个相关的方法.

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类 与 Meta类

• 类，存放对象的相关数据
• 实例成员变量

• 实例方法

• Meta类，存放类的先关数据

• 类的成员变量（static 类成员变量）

• 类方法（+开头的方法）

• 区分 对象方法 与 类方法 调用过程

• 向一个对象发送消息

• 通过对象的 isa指针找到 对象所属类对应的的 objc_class结构体实例

• 然后开始查找objc_class实例的 method_list 查找 Method

• 向一个类发送消息

• 通过类Class的 isa指针找到 Meta类对应的 objc_class结构体实例

• 然后从objc_class实例的 method_list 查找 Method

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运行时动态创建一个NSObejct子类，并 添加方法Method、添加变量Ivar、获取Ivar以及值.

//
//  ViewController.m
//
//  Created by xiongzenghui on 14/1/14.
//  Copyright © 2014年 xiongzenghui. All rights reserved.
//

#import "ViewController.h"

void ReportFunction(id self, SEL _cmd)
{
//1. 对象
NSLog(@"This object is %p.", self);

//2. 对象所属的类
NSLog(@"Class is %@", [self class]);

//3. 所属类的父类
NSLog(@"super is %@.",[self superclass]);

//4. 每一个类都有两部分
//类的第一部分、类本身
//类的第二部分、元类
Class currentClass = [self class];
for (int i = 1; i < 10; i++)//i的次数随便改都可以
{
NSLog(@"Following the isa pointer times = %d, ClassValue = %@, ClassAddress = %p", i, currentClass, currentClass);

//通过Class的 isa指针 找到 MetaClass
currentClass = object_getClass(currentClass);
}

//5. NSObject类本身
NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);

//6. NSObject类的元类
NSLog(@"NSObject's meta class is %p", object_getClass([NSObject class]));
}

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

//运行时创建类     
[self createClass];   
}

- (void)createClass
{
//1. 创建一个Class
Class MyClass = objc_allocateClassPair([NSObject class],
"myclass",
0);

//2. 添加一个NSString的变量，第四个参数是对其方式，第五个参数是参数类型
if (class_addIvar(MyClass, "itest", sizeof(NSString *), 0, "@")) {
NSLog(@"add ivar success");
}

//3. 添加一个函数
class_addMethod(MyClass,
@selector(report),
(IMP)ReportFunction,
"v@:");

//4. 注册这个类到runtime系统中就可以使用他了
objc_registerClassPair(MyClass);

//5. 测试创建的类
[self test:MyClass];
}

- (void)report {
//什么都不做，只是为了OC对象能够调用到c函数
}

- (void)test:(Class)class {

//1.
id obj = [[class alloc] init];

//2.
[obj report];
}

@end

最终控制台输出如下

2016-02-13 22:49:52.725 XZHRequest[1862:23623] add ivar success
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] This object is 0x7fed59c8aea0.
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] Class is myclass
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] super is NSObject.
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 1, ClassValue = myclass, ClassAddress = 0x7fed59c84fa0
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 2, ClassValue = myclass, ClassAddress = 0x7fed59c87560
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 3, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.726 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 4, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.727 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 5, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.727 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 6, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.727 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 7, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.727 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 8, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.782 XZHRequest[1862:23623] Following the isa pointer times = 9, ClassValue = NSObject, ClassAddress = 0x10cc15198
2016-02-13 22:49:52.782 XZHRequest[1862:23623] NSObject's class is 0x10cc15170
2016-02-13 22:49:52.783 XZHRequest[1862:23623] NSObject's meta class is 0x10cc15198

• 方法object_getClass(id obj)会根据 Class的私有成员变量isa指针 找到一个类，有两种情况:
• 对象的isa >>> 所属类
• 类的isa >>> Meta 类
• Meta类的isa >>> Meta NSObject

• Meta NSObject的isa >>> 永远指向自己，形成环路

• times = 2时、根据myclass->isa指针，找到其对应的 Meta myclass

• times = 3时、根据 Meta myclass->isa 指针，找到了 Meta NSObject

• times = 4，5，6，7，8…、根据 元类NSObject 的 isa指针，最后都是指向自己

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再记录一个例子，使用imp_implementationWithBlock()替代上面例子需要一个辅助的static c函数来完成运行时创建Class.

//////////////////////////////////////////////////////
///创建一个类
//////////////////////////////////////////////////////
Class People = objc_allocateClassPair([NSObject class], "People", 0);

//////////////////////////////////////////////////////
///添加两个变量
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if (class_addIvar(People, "name", sizeof(NSString *), 0, @encode(NSString *))) {
NSLog(@"add ivar name success");
}
if (class_addIvar(People, "age", sizeof(int), 0, @encode(int))) {
NSLog(@"add ivar age success");
}

//////////////////////////////////////////////////////
///创建方法的SEL
//////////////////////////////////////////////////////
SEL selector = sel_registerName("talk:");

//////////////////////////////////////////////////////
///创建方法的IMP指针，并指向Block给出的代码
//////////////////////////////////////////////////////
IMP impl = imp_implementationWithBlock(^(id self, NSString *arg1){

//age变量值
//通过KVC
//int age = (int)[[self valueForKey:@"age"] integerValue];

//通过Ivar
Ivar ageIvar = class_getInstanceVariable([self class], "age");
int age  = (int)[object_getIvar(self, ageIvar) integerValue];


//name变量值
//通过KVC
//NSString *name = [self valueForKey:@"name"];

//通过Ivar
Ivar nameIvar = class_getInstanceVariable([self class], "name");
NSString *name = object_getIvar(self, nameIvar);

NSLog(@"age = %d, name = %@, msgSay = %@", age, name, arg1);
});


//////////////////////////////////////////////////////
///添加一个方法, 将SEL与IMP组装成一个Method结构体实例，添加到Class中的 method_list数组
//////////////////////////////////////////////////////
class_addMethod(People, selector, impl, "v@:@");

//////////////////////////////////////////////////////
///注册这个类到系统
//////////////////////////////////////////////////////
objc_registerClassPair(People);


//////////////////////////////////////////////////////
///生成一个实例
//////////////////////////////////////////////////////
id instanceP = [[People alloc] init];

//////////////////////////////////////////////////////
///给Ivar赋值
//////////////////////////////////////////////////////

//通过KVC赋值
[instanceP setValue:@"变量字符串值" forKey:@"name"];
//[instanceP setValue:@19 forKey:@"age"];

//通知Ivar赋值
Ivar ageIvar = class_getInstanceVariable(People, "age");
object_setIvar(instanceP, ageIvar, @19);

//////////////////////////////////////////////////////
///发送消息
//////////////////////////////////////////////////////
((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *) objc_msgSend)(instanceP, selector, @"参数值");

//////////////////////////////////////////////////////
///释放对象、销毁类
//////////////////////////////////////////////////////
instanceP = nil;
objc_disposeClassPair(People);

• 方法的编码格式:
• v@: >>> 返回值void，参数1:self,参数2:SEL >>> - (void)funcName;

• v@:@ >>> 返回值void，参数1:self,参数2:SEL, 参数3:NSString >>> `- (void)funcName:(NSSring )name;`

• 对应的Objective-C方法的SEL也应该是 >>> talk:带一个参数

• imp_implementationWithBlock()接收一个添加方法被调用时的回调Block

• 其格式为: method_return_type ^(id self, method_args …)

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Meta Class 元类

Class objc_allocateClassPair(Class superclass, 
const char *name, 
size_t extraBytes)

• 函数名 objc_allocateClassPair.. 中的 ClassPair意思是说一对Class.

• 但是该函数只返回了一个Class

• 没有被返回的另一个Class就是 MetaClass 元类，由系统创建.

• Meta Class与普通类Class 都是结构体 objc_class实例

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Objective-c中的 对象 与 类

类

经常写获取一个对象的类型Class的代码

Class cls = [Person class];

就用到了Class这个数据结构，其定义为如下，可以得到Class是 结构体objc_class实例的 指针类型

typedef struct objc_class *Class;

那么能够成为一个类（Class）的数据结构为

struct objc_class {

/* 
又指向一个结构体objc_class实例 
类的isa指针，指向类的 元类 MetaClass
*/
Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__

/**
指向其父类(普通类)
*/
Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;

const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;

/**
方法列表
*/
struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;

/**
方法缓存
*/

struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

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

而Class数据结构中最重要的一个数据项是 Class isa; 这样的isa指针.

对象

能够成为一个对象（Object）的数据结构如下，可以看到对象数据结构中最重要的就是Class isa;指针项

struct objc_object {

/**
对象的isa指针，指向其 所属类本身（不是元类）    
*/
Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

Class是struct objc_class的指针类型，那么struct objc_object也有其对于的指针类型

###调用类方法与对象方法

• 给对象发送消息时，消息是在对象所属类的方法列表method_list或cache中查询Method

• 给类发消息时，消息是在这个类的元类 meta class的方法列表或缓存中查询Method

####所以也就是说对象方法与类方法存放地点的不同

• 对象方法、存放在 类本身
• 类方法、存放在 类的元类MetaClass

所以，元类是必不可少的，它存储了类的所有类方法

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对象、类、元类三者之间的关系图

• 对象的 isa指针 指向 所属类

• 每一个类，都有一个 isa指针 指向一个 唯一的 MetaClass

• 每一个Meta Class，拥有的 isa指针 都指向 顶层 NSObject Meta Class

• 最上层的Meta Class（Meta NSObject）的isa指针指向自己，形成一个 回路

• 类本身的 super_class 指向其父类，如果该类为根类则值为 NULL

• 每一个 MetaClass 的 super_class指针 都指向其 原本Class的superClass对应的 MetaClass

• 特列: 但是最上层的 Meta Class 的 super_class 指针，指向的却是 NSObject 原本 Class

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所有的 类 NSObject子类 都是 objc_class结构体 的实例

NSObject类获取Class的源码如下:

+ (Class)class {
return self;
}

• Class是 objc_class结构体实例的指针变量类型
• 那么+[NSObject class]返回就是一个 objc_class结构体实例
• 而 self 一般是 一个指向对象地址的指针
• 而此时的 self 所代表的就是 NSObject类本身

####那么可以猜测: NSObject 是 objc_class的实例

//名字
NSLog(@"%@", [Person class]);

//多次输出其地址
NSLog(@"%p", [Person class]);
NSLog(@"%p", [Person class]);
NSLog(@"%p", [Person class]);

输出结果

2016-02-13 22:44:41.509 XZHRequest[1571:18970] Person
2016-02-13 22:44:41.510 XZHRequest[1571:18970] 0x10c1853e0
2016-02-13 22:44:41.510 XZHRequest[1571:18970] 0x10c1853e0
2016-02-13 22:44:41.510 XZHRequest[1571:18970] 0x10c1853e0

可以得到

• 每一个NSObject类在运行阶段，是按照一个单例保存

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-[NSObject isKindOfClass:] 查找对象是否是某一个类的对象的源码

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass
{
Class cls;

for (`cls = isa`; cls; cls = `cls->super_class`) 
if (`cls == (Class)aClass`)
return YES;

return NO;
}

• 首先是 cls = isa，保存 当前对象的isa指针

• 然后每一次使用类的 super_class指针找到其 父类Class

• 最终循环停止条件是 NSObject类本身的 superClass = nil

• 每一次遍历时直接比较Class对象是否相等

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-[NSObject isMemberOfClass:] 源码

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass
{
return isa == (Class)aClass;
}

• 获得当前对象的isa指针指向的类
• 然后直接一次性比较Class对象是否相等

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