runtime的那点事儿（二）消息机制

在微博上分享了他们技术讨论会关于objc runtime的讨论习题内容，习题来自 sunnyxx(博客)。以下是习题内容(图片转自@唐巧_boy微博):



自己做完这些题之后，也顺便复习了一些Objective－C Runtime的知识，现在整理一下，分享给大家。

该笔记分为四篇：

刨根问底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super

刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Class

刨根问底Objective－C Runtime（3）－ 消息和Category

刨根问底Objective－C Runtime（4）- 成员变量与属性

刨根问底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super

下面的代码输出什么？

答案：都输出 Son

解惑：这个题目主要是考察关于objc中对 self 和 super 的理解。

self 是类的隐藏参数，指向当前调用方法的这个类的实例。而 super 是一个 Magic Keyword， 它本质是一个编译器标示符，和 self 是指向的同一个消息接受者。上面的例子不管调用[self class]还是[super class]，接受消息的对象都是当前 Son ＊xxx 这个对象。而不同的是，super是告诉编译器，调用 class 这个方法时，要去父类的方法，而不是本类里的。

当使用 self 调用方法时，会从当前类的方法列表中开始找，如果没有，就从父类中再找；而当使用 super 时，则从父类的方法列表中开始找。然后调用父类的这个方法。

真的是这样吗？继续看：

使用clang重写命令:

发现上述代码被转化为:

从上面的代码中，我们可以发现在调用 [self class] 时，会转化成 objc_msgSend函数。看下函数定义：

我们把 self 做为第一个参数传递进去。

而在调用 [super class]时，会转化成 objc_msgSendSuper函数。看下函数定义:

第一个参数是 objc_super 这样一个结构体，其定义如下:

结构体有两个成员，第一个成员是 receiver, 类似于上面的 objc_msgSend函数第一个参数self 。第二个成员是记录当前类的父类是什么。

所以，当调用 ［self class] 时，实际先调用的是 objc_msgSend函数，第一个参数是 Son当前的这个实例，然后在 Son 这个类里面去找 - (Class)class这个方法，没有，去父类 Father里找，也没有，最后在 NSObject类中发现这个方法。而 - (Class)class的实现就是返回self的类别，故上述输出结果为 Son。

objc Runtime开源代码对- (Class)class方法的实现:

而当调用 [super class]时，会转换成objc_msgSendSuper函数。第一步先构造 objc_super 结构体，结构体第一个成员就是 self 。第二个成员是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“Son”)) , 实际该函数输出结果为 Father。第二步是去 Father这个类里去找- (Class)class，没有，然后去NSObject类去找，找到了。最后内部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))去调用，此时已经和[self
class]调用相同了，故上述输出结果仍然返回 Son。

刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Clas



本篇笔记主要是讲述objc runtime中关于Object & Class & Meta Class的细节。

习题内容

下面代码的运行结果是?

运行结果为：

这里先看几个概念

什么是 id

id 在 objc.h 中定义如下:

就像注释中所说的这样 id 是指向一个 objc_object 结构体的指针。

id 这个struct的定义本身就带了一个 *, 所以我们在使用其他NSObject类型的实例时需要在前面加上 *， 而使用 id 时却不用。

那么objc_object又是什么呢

objc_object 在 objc.h 中定义如下:

这个时候我们知道Objective-C中的object在最后会被转换成C的结构体，而在这个struct中有一个 isa 指针，指向它的类别 Class。

那么什么是Class呢

在 objc.h 中定义如下:

我们可以看到 Class本身指向的也是一个C的struct objc_class。

继续看在runtime.h中objc_class定义如下:

该结构体中，isa 指向所属Class， super_class指向父类别。

继续看

下载objc源代码，在 objc-runtime-new.h 中，我们发现 objc_class有如下定义:

豁然开朗，我们看到在Objective-C的设计哲学中，一切都是对象。Class在设计中本身也是一个对象。而这个Class对象的对应的类，我们叫它 Meta Class。即Class结构体中的 isa 指向的就是它的 Meta Class。

Meta Class

根据上面的描述，我们可以把Meta Class理解为 一个Class对象的Class。简单的说：

而 Meta Class本身也是一个Class，它跟其他Class一样也有自己的 isa 和 super_class 指针。看下图：



每个Class都有一个isa指针指向一个唯一的Meta Class

每一个Meta Class的isa指针都指向最上层的Meta Class（图中的NSObject的Meta Class）

最上层的Meta Class的isa指针指向自己，形成一个回路

每一个Meta Class的super class指针指向它原本Class的 Super Class的Meta Class。但是最上层的Meta Class的 Super Class指向NSObject Class本身

最上层的NSObject Class的super class指向 nil

解惑

为了更加清楚的知道整个函数调用过程，我们使用clang -rewrite-objc main.m重写，可获得如下代码：

先看前两个调用：

最外层是 objc_msgSend函数，转发消息。

函数第一个参数是 (id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))

函数第二个参数是转发的selector

函数第三个参数是 ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))

我们注意到第一个参数和第三个参数对应重写的是[NSObject class]，即使用objc_msgSend向 NSObject Class 发送 @selector(class) 这个消息

打开objc源代码，在 Object.mm 中发现+ (Class)class实现如下:

所以即返回Class类的对象本身。看如下输出:

继续打开objc源代码，在 Object.mm 中，我们发现 isKindOfClass的实现如下:

对着上面Meta Class的图和实现，我们可以看出

当 NSObject Class对象第一次进行比较时，得到它的isa为 NSObject的Meta Class， 这个时候 NSObject Meta Class 和 NSObject Class不相等。

然后取NSObject 的Meta Class 的Super class，这个时候又变成了 NSObject Class， 所以返回相等。

所以上述第一个输出结果是 YES 。

我们在看下 ‘isMemberOfClass’的实现:

综上所述，当前的 isa 指向 NSObject 的 Meta Class， 所以和 NSObject Class不相等。

所以上述第二个输出结果为 NO 。

继续看后面两个调用:

Sark Class 的isa指向的是 Sark的Meta Class，和Sark Class不相等

Sark Meta Class的super class 指向的是 NSObject Meta Class， 和 Sark Class不相等

NSObject Meta Class的 super class 指向 NSObject Class，和 Sark Class 不相等

NSObject Class 的super class 指向 nil， 和 Sark Class不相等

所以后面两个调用的结果都输出为 NO 。