類的本質-類對象

前言

今天整理了下本身電腦裏的一些碎片筆記，時間有限只整理了這篇文章——類的本質，你們能夠進行參考。

1.本質

• 類的本質其實也是一個對象(類對象)
• 程序中第一次使用該類的時候被建立，在整個程序中只有一份。
• 此後每次使用都是這個類對象，它在程序運行時一直存在。
• 類對象是一種數據結構,存儲類的基本信息:類大小,類名稱,類的版本，繼承層次，以及消息與函數的映射表等
• 類對象表明類,Class類型,對象方法屬於類對象
• 若是消息的接收者是類名,則類名錶明類對象
• 全部類的實例都由類對象生成,類對象會把實例的isa的值修改爲本身的地址,每一個實例的isa都指向該實例的類對象

2.如何獲取類對象

• 經過實例對象

  格式：[實例對象 class]; 如： [dog class];

• 經過類名獲取(類名其實就是類對象)

  格式：[類名 class]; 如：[Dog class]

3.類對象的用法

• 用來調用類方法

[Dog test]; Class c = [Dog class]; [c test];

• 用來建立實例對象

Dog *g = [Dog new]; Class c = [Dog class]; Dog *g1 = [c new];

4.類對象的存儲

存儲.png

5.OC實例對象、類對象、元數據、之間關係

• Objective-C是一門面向對象的編程語言。

  • 每個對象 都是一個類的實例。
  • 每個對象 都有一個名爲isa的指針,指向該對象的類。
  • 每個類都描述了一系列它的實例的特色,包括成員變量的列表,成員函數的列表等。
  • 每個對象均可以接受消息,而對象可以接收的消息列表是保存在它所對應的類中。
• 在XCode中按Shift + Command + O打開文件搜索框，而後輸入NSObject.h和objc.h,能夠打開 NSObject的定義頭文件,經過頭文件咱們能夠看到,NSObject就是一個包含isa指針的結構體,以下圖所示:

NSObject.h @interface NSObject <NSObject> { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; }

objc.h /// An opaque type that represents an Objective-C class. typedef struct objc_class *Class; /// Represents an instance of a class. struct objc_object { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; };

• 按照面向對象語言的設計原則,全部事物都應該是對象(嚴格來講 Objective-C並無徹底作到這一點,由於它有象int,double這樣的簡單 變量類型)
  • 在Objective-C語言中,每個類實際上也是一個對象。每個類也有一個名爲isa的指針。每個類均可以接受消息,例如[NSObject new],就是向NSObject這個類發送名爲new的消息。
  • 在XCode中按Shift + Command + O,而後輸入runtime.h,能夠打開Class的定義頭文件,經過頭文件咱們能夠看到,Class也是一個包含isa指針的結構體,以下圖所示。(圖中除了isa外還有其它成員變量,但那是爲了兼容非2.0版的Objective-C的遺留邏輯,你們能夠忽略它。)

runtime.h struct objc_class { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; #if !__OBJC2__ 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; struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE; #endif } OBJC2_UNAVAILABLE;

• 由於類也是一個對象,那它也必須是另外一個類的實例,這個類就是元類 (metaclass)。

  • 元類保存了類方法的列表。當一個類方法被調用時,元類會首先查找它自己是否有該類方法的實現,若是沒有則該元類會向它的父類查找該方法,直到一直找到繼承鏈的頭。
  • 元類(metaclass)也是一個對象,那麼元類的isa指針又指向哪裏呢?爲了設計上的完整,全部的元類的isa指針都會指向一個根元類(root metaclass)。
  • 根元類(root metaclass)自己的isa指針指向本身,這樣就行成了一個閉環。上面說􏰀到,一個對象可以接收的消息列表是保存在它所對應的類中的。在實際編程中,咱們幾乎不會遇到向元類發消息的狀況,那它的isa 指針在實際上不多用到。不過這麼設計保證了面向對象的乾淨,即全部事物都是對象,都有isa指針。
  • 因爲類方法的定義是保存在元類(metaclass)中,而方法調用的規則是,若是該類沒有一個方法的實現,則向它的父類繼續查找。因此爲了保證父類的類方法能夠在子類中能夠被調用,因此子類的元類會繼承父類的元類,換而言之,類對象和元類對象有着一樣的繼承關係。
• 下面這張圖或許可以 讓你們對isa和繼承的關係清楚一些

其中:實線箭頭表明類的繼承關係，好比EOCStudent繼承自EOCPerson，也就是說，EOCStudent是EOCPerson的子類。就能夠用實線表示這種繼承關係：EOCStudent —>EOCPerson。

虛線箭頭表明對象和類的從屬關係，好比一個對象student屬於EOCStudent類，也就是說，student是EOCStudent的實例。就能夠用虛線表示這種從屬關係：student—>EOCStudent。

引用《Effective Objective-C 2.0 編寫高質量iOS與OS X代碼的52個有效方法》中的一段話：superclass指針肯定了繼承關係，而isa指針描述了實例所屬的類。經過這張佈局關係圖便可進行「類型信息查詢」。咱們能查出對象是否可以響應某個選擇子(selector)，是否聽從某項協議，而且可以看出某對象位於集成體系的哪一部分。

繼承/從屬關係圖

• 上圖中,最讓人困惑的莫過於Root Class了。在實現中,Root Class是指
• NSObject,咱們能夠從圖中看出:
• NSObject類對象包括它的對象實例方法。
• NSObject的元對象包括它的類方法,例如new方法。
• NSObject的元對象繼承自NSObject類。
• 一個NSObject的類中的方法同時也會被NSObject的子類在查找方法時找到。

6.如何查詢類型信息

可使用「類型信息查詢方法」來查詢類的繼承體系。其中，「isMemberOfClass:」能夠判斷對象是不是特定類的實例。而」isKindOfClass:」能夠判斷對象是不是某個類或者其派生子類的實例。而本質上，這兩個類型信息查詢方法是使用對象的isa指針獲取對象所屬的類（由於類對象也是對象，因此也有isa指針，該指針指向元類，也就是類對象所屬的類），而後經過類繼承體系中的superclass指針在繼承體系中游走。Objective-C與其餘語言不一樣，Objective-C必須查詢類型信息，才能徹底瞭解對象的真實類型。

另外，須要注意的是，咱們從集合對象（collection）中獲取的對象，一般會用到這兩個查詢類型信息的方法。由於從集合對象中取出來的對象不是強類型的（strongly typed）,其類型一般是id。回想一下，咱們從一個數組中取出來的對象，其返回值是id類型的。這就是爲何咱們能夠在這個取出來的對象身上經過中括號」[ ]」的形式調用任何方法，卻不能經過點語法來調用方法。不過，爲了安全起見，若是涉及到對集合對象中的某個對象進行操做，咱們仍是須要作一下類型判斷比較好。以下所示：

for (id object in array) { if (object isKindOfClass:[NSString class]) { // object is an instance of NSString } }

固然，也能夠用比較類對象是否等同的方法來判斷對象是否屬於某個類。如果如此，那就應該使用==操做符，而不要使用比較Objective-C對象使經常使用的「isEqual:」方法。由於==操做符比較的是指針是否相等，也就是比較內存地址是否相同。而"isEqual:"比較的是兩個Objective-C對象的值是否相等。此處用==操做符，緣由在於，類對象類對象是「單例」，在應用程序範圍內，每一個類的Class僅有一個實例，在整個內存中僅有一份（由於+(void)load方法和+ (void)initialize只被調用一次）。因此也能夠用下面這種方進行比較：

if ([object class] == [EOCSomeClass class]) { // object is an instance of EOCSomeClass }

雖然調用class方法和isKindOfClass:方法均可以查詢一個對象的類型。可是仍是建議使用後者。下面筆者引用《Effective Objective-C 2.0 編寫高質量iOS與OS X代碼的52個有效方法》中的一段話來進行解釋：

雖然使用"class方法"也能夠查詢對象的類型信息。可是仍是建議使用isKindOfClass:這樣的類型信息查詢方法。由於後者能夠正確處理那些使用了消息傳遞機制對象。比方說某個對象可能會把其的全部選擇子（selector）都轉發給另外一個對象(開啓了消息轉發功能)。這樣的對象叫作」代理(proxy)「，此種對象所屬的類均以NSProxy爲根類（root class）。一般狀況下，若是在此種代理對象上調用class方法，那麼返回的是代理對象自己（NSProxy的子類），而非接受代理的對象所屬的類。然而，如果改用「isKindOfClass:」這樣的類型信息查詢方法，那麼代理對象就會把這條消息轉給「接受代理的對象（proxy object）」。也就是說，這條消息（指isKindOfClass:）的返回值與直接接受代理的對象身上查詢其類型信息所得的結果相同。所以，這樣查出來的類對象與直接經過class方法所返回的那個類對象不一樣，class方法所返回類表示發起代理的對象，而非接受代理的對象。

文／VV木公子（簡書做者）
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