本文章转自Objective-C 中的类和对象
Objective-C的runtime是开源的，源码可以在苹果官网下载到：objc4。
好了，下面正文：
1.id和Class的定义
runtime里面，声明了id和Class的类型，简化一下如下：
struct objc_class {
struct objc_class *isa;
};
struct objc_object {
struct objc_class *isa;
};
typedef struct objc_class *Class; //类 (class object)
typedef struct objc_object *id; //对象 (instance of class)
在objc中，id代表了一个对象。根据上面的声明，凡是首地址是*isa的struct指针，都可以被认为是objc中的对象。运行时可以通过isa指针，查找到该对象是属于什么类(Class)。
2.运行时的实现方式
根据上面的说法，类对象(Class)同样也算是对象，那它的isa又是指向了什么呢？为了了解这些东西是怎么回事，这里写一个简单的类NyanCat，并且用C重写一遍，看看编译器在底层到底是如何实现的。
@interface NyanCat : NSObject {
int age;
NSString *name;
}
- (void)nyan;
+ (void)nyan;
@end
@implementation NyanCat
- (void)nyan1 {
printf("instance nyan~");
}
+ (void)nyan2 {
printf("class nyan~");
}
@end
上面是一个简单的类，有两个instance variable，有一个类方法、一个实例方法。
clang -rewrite-objc NyanCat.m
在终端执行上面这一条语句，让clang将该类重写为cpp代码，我们就能查看到大概底层的实现机制了(实际编译的文件和这个会有些出入，不同目标架构和不同版本clang也会有不同..权且当参考了)。
rewrite后的代码基本是纯C的，稍微整理一下，可以提取出下面这些信息：
//Class的实际结构
struct _class_t {
struct _class_t *isa; //isa指针
struct _class_t *superclass; //父类
void *cache;
void *vtable;
struct _class_ro_t *ro; //Class包含的信息
};
//Class包含的信息
struct _class_ro_t {
unsigned int flags;
unsigned int instanceStart;
unsigned int instanceSize;
unsigned int reserved;
const unsigned char *ivarLayout;
const char *name; //类名
const struct _method_list_t *baseMethods; //方法列表
const struct _objc_protocol_list *baseProtocols; //协议列表
const struct _ivar_list_t *ivars; //ivar列表
const unsigned char *weakIvarLayout;
const struct _prop_list_t *properties; //属性列表
};
//NyanCat(meta-class)
struct _class_t OBJC_METACLASS_$_NyanCat = {
.isa = &OBJC_METACLASS_$_NSObject,
.superclass = &OBJC_METACLASS_$_NSObject,
.cache = (void *)&_objc_empty_cache,
.vtable = (void *)&_objc_empty_vtable,
.ro = &_OBJC_METACLASS_RO_$_NyanCat, //包含了类方法等
};
//NyanCat(Class)
struct _class_t OBJC_CLASS_$_NyanCat = {
.isa = &OBJC_METACLASS_$_NyanCat, //此处isa指向meta-class
.superclass = &OBJC_CLASS_$_NSObject,
.superclass = (void *)&_objc_empty_cache,
.vtable = (void *)&_objc_empty_vtable,
.ro = &_OBJC_CLASS_RO_$_NyanCat, //包含了实例方法 ivar信息等
};
typedef struct objc_object NyanCat; //定义NyanCat类型
//更详细的不贴代码了..
所有NyanCat的实例的isa都指向了NyanCat(Class)。
NyanCat(Class)是一个全局变量，其中记录了类名、成员变量信息、property信息、protocol信息和实例方法列表等。
NyanCat(Class)的isa指向了全局变量NyanCat(meta-class)，meta-class里只记录了类名、类方法列表等。
画出图来就是这样：
举例来说一下：
NyanCat *cat = [[NyanCat alloc] init];
[cat nyan1];
向cat (instance) 发送消息nyan1时，运行时会通过isa指针查找到NyanCat(Class)，这里保存着本类中定义的实例方法的指针。
[NyanCat nyan2];
向NyanCat(Class)发送消息nyan2时，运行时会通过isa查找到NyanCat(meta-class)，这里保存着本类中定义的类方法的指针。
运行时如何利用Class和meta-class来实现动态消息的，以后在记吧～
3.类的继承
在_class_t里面，第二个成员是superclass，很明显这个指针指向了它的父类。运行时可以通过isa和superclass获取一个类在继承树上的完整信息。
为了说明方便，这里把上面的例子稍微改一下：NyanCat : Cat : NSObject 这样一个继承树，画出图来就是这样子的：
如上面图中，跟随黑线，可以看到isa的指向。运行时，每个对象的isa都不为空，这样只要是一个id类型的对象，runtime都可以通过访问首地址偏移(isa)来获取该对象的信息了。
上图中跟随绿线，可以看到superclass的指向。当运行时在搜寻方法、ivar信息时，如果没有找到信息，则会沿superclass的线查找上去，最终NSObject(根类)的superclass是nil。
如果自己定义了一个根类(比如NSProxy)，则这个根类会替换图中NSObject的位置。
为了验证上面的说法，可以敲一下代码看看：
#import "NyanCat.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/objc.h>
void test() {
NyanCat *cat = [[NyanCat alloc] init];
Class cls = object_getClass(cat); //NyanCat(Class)
class_getName(cls); //"NyanCat"
class_isMetaClass(cls); //NO
Class meta = object_getClass(cls); //NyanCat(meta-class)
class_getName(meta); //"NyanCat"
class_isMetaClass(cls); //YES
Class meta_meta = object_getClass(meta); //NSObject(meta-class)
class_getName(meta_meta); //"NSObject"
class_isMetaClass(meta_meta); //YES
}
最后吐嘈一下：平时开发时，meta-class基本是用不着接触的，superclass指针无法访问，isa指针可能稍后也会隐藏起来(苹果的动作真多)。。所以上面说得这些，了解一下就好～～
