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技術社區[雲棲]
iOS開發中的對象係統基礎
[0] Outline
-- [1] id和Class
-- [2] 動態地操作類
-- [3] 實例化
[1] id和Class
在Objective-C中有一個特別的數據類型作為對象標識符：id，可以指向任何類型的對象。
通過 “可以指向任何類型的對象” 這一描述，猜想id實際上是指向Objective-C對象係統中的基類（繼承體係中的祖先結構）的指針，在運行時是指向對象內存布局的基類部分。
第一眼看到id數據類型，我聯想到了Python中的PyObject結構：
typedef struct _object {
int ob_refcnt;
struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;
該數據類型也是Python對象係統中的祖先類型，不過與id相對應的應該是PyObject *類型。
id數據類型是一個指向struct objc_object結構的指針：
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object {
Class isa;
} *id;
更確切地說，id是指向Class類型的指針，而Class又是指向struct objc_class結構的指針：
struct objc_class {
struct objc_class *isa;
struct objc_class *super_class;
const char *name;
long version;
long info;
long instance_size;
struct objc_ivar_list *ivars;
struct objc_method_list **methodLists;
struct objc_cache *cache;
struct objc_protocol_list *protocols;
};
至此，可以看到Objective-C對象係統的基石：struct objc_class結構：
isa指針：指向該對象所屬類型的類型對象（Class Object）。在Objective-C中，類也是用對象來表示的，而類的isa指針指向它的metaclass（存儲靜態成員變量和類方法）。
super_class指針：指向父類。
name：類名稱。
version：類的版本信息。
info：運行期使用的標誌位，比如0x1（CLS_CLASS）表示該類為普通class，0x2（CLS_META）表示該類為 metaclass。
instance_size：實例大小，即內存所占空間。
ivars：指向成員變量列表的指針。
methodLists：根據標誌位的不同可能指向不同，比如可能指向實例方法列表，或者指向類方法列表。
cache：因為Objective-C的消息轉發需要查找dispatch table甚至可能需要遍曆繼承體係，所以緩存最近使用的方法。
protocols：類需要遵守的協議。
[2] 動態地操作類
由上知道了類也是一種對象，那麼類對象也有一種類型，這種類型就是類的metaclass，因此類方法其實就是metaclass的成員方法，類和metaclass是配套出現的。
那麼metaclass的isa指針和super_class指針怎麼指向的呢？
如果metaclass對應基類，那麼它的isa指向自身、super_class指針指向對應的類（基類）；如果不是則isa指針指向基類的metaclass、super_class指針指向父類的metaclass。
基類的isa指針為nil。
這不禁讓我又想起了Python中類似的設計思想，比如整型數字2的類型是PyIntObject，而PyIntObject類的類型是PyTypeObject，PyTypeObject的類型是PyTypeObject。最終止於此。
同樣地，Python中也有metaclass的存在。
知道了類的表示結構，我們可以動態地對類進行操作，加深理解。
//
// main.m
// HelloOC
//
// Created by Jason Lee on 12-2-17.
// Copyright (c) 2012年 XXX. All rights reserved.
//
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/objc.h>
#import <objc/runtime.h>
void selfIntro(idself, SEL_cmd);
int main (int argc, constchar * argv[])
{
@autoreleasepool {
//Create class & metaclass as a pair
Class demoClass = objc_allocateClassPair([NSObjectclass], "NSDemo", 0);
BOOL isOk = NO;
//"v@:" indicates the function type : v - void, @ - object, : - SEL
//向methodLists指向添加數據
isOk = class_addMethod(demoClass, @selector(intro), (IMP)&selfIntro, "v@:");
isOk == YES ? nil : NSLog(@"failed on class_addMethod\n");
//向ivars指向添加數據
isOk = class_addIvar(demoClass,"myVar", sizeof(id), log2(sizeof(id)), "@");
isOk == YES ? nil : NSLog(@"failed on class_addIvar\n");
objc_registerClassPair(demoClass);
id demo = class_createInstance(demoClass, 0);
if ([demo respondsToSelector:@selector(intro)]) {
[demo performSelector:@selector(intro)];
}
object_setInstanceVariable(demo, "myVar", nil);
void *outValue = (void *)0x1;
object_getInstanceVariable(demo, "myVar", &outValue);
if (nil == outValue) {
NSLog(@"Hello,nil\n"); //printed
}
object_dispose(demo);
}
return0;
}
void selfIntro(idself, SEL_cmd) {
NSLog(@"selfIntro\n");
Class isa = self->isa; //At first, isa is class NSDemo
while (1) {
if (isa == isa->isa) { //Finally, NSObject's metaclass points to itself
NSLog(@"%p, %@", isa, objc_getMetaClass(class_getName([isa class])));
break;
}
NSLog(@"%p, %@", isa, objc_getMetaClass(class_getName([isa class])));
isa = isa->isa; //Then, isa is assigned to NSDemo's metaclass
}
}
[3] 實例化
要實例化出一個對象，需要根據類的定義來進行。類的定義包括類名稱、數據和操作數據的方法。
編譯過程，類的信息會被記錄下來，供runtime system使用，同時編譯器會為每個類創建唯一的一個對象來表示它：class object。如果從功能上說，class object也是factory object，它能夠執行類方法，負責創建實例。
從這個角度來看，我在思考class object是否就是metaclass，但是不能確認。
Apple官方文檔TOCPL中Class Objects一章有這麼一句，“a class object keeps the prototype of a class instance”，但metaclass並不能作為實例原型。
於是我認為class object是運行時class和metaclass結合起來的受限表現，能夠訪問編譯器捕捉下來的類信息，沒有成員變量，不能調用成員方法，但是可以執行類方法。
從源碼層次來看，class object是由類名來表示，比如下述代碼中：
int version = [NSString version];
NSString代表著class object。
首先，class object會被runtime system發送initialize消息進行初始化，讓其做好運行時的準備，比如初始化靜態變量。
之後，可以調用class object的方法（類方法）alloc來為新的實例對象分配內存空間，將其所有變量初始化為0，isa指針指向所屬類。
最後再調用init函數進行必要的初始化。
寫到這裏的時候，突然要變更辦公位置，思路被打斷了，就先寫到這裏。
最後，留一個在SO上麵看到的問題，我也疑惑，隻能有幾分猜測：https://stackoverflow.com/questions/8847146/whats-is-methodlists-attribute-of-the-structure-objc-class-for
[這篇文章是我對SO上的問題的解答：https://blog.csdn.net/jasonblog/article/details/7303618]
[Last Updated] 2012-03-17
Jason Lee @ 杭州
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