IOS開發：Cocoa的類與對象

IOS開發：Cocoa的類與對象

 　　我們可以在/usr/include/objc/objc.h 和 runtime.h 中找到對 class 與 object 的定義：

　　typedef struct objc_class *Class;

　　typedef struct objc_object {

　　Class isa;

　　} *id;

　　Class 是一個 objc_class 結構類型的指標;而 id(任意對象) 是一個 objc_object 結構類型的指標，其第一個成員是一個 objc_class 結構類型的指標。注意這裡有一關鍵的引申解讀：記憶體布局以一個 objc_class 指標為開始的所有東東都可以當做一個 object 來對待! 那 objc_class 又是怎樣一個結構體呢?且看：

　　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;

　　};

　　objc_class 結構體的各成員介紹如下：

　　isa：是一個 objc_class 類型的指標，看到這裡，想起我前面的引申解讀了沒?記憶體布局以一個 objc_class 指標為開始的所有東東都可以當做一個 object 來對待! 這就是說 objc_class 或者說類其實也可以當做一個 objc_object 對象來對待!對象是對象，類也是對象，是不是有點混淆?別急，ObjC發明(or 重用)了一個術語來區分這兩種不同的對象：類對象(class object)與執行個體對象(instance object)。OK，名稱混淆的問題解決，下面我將使用這兩個術語來區分不同的對象，而使用“對象”這一術語來泛指所有的對象。ObjC還對類對象與執行個體對象中的 isa 所指向的類結構作了不同的命名：類對象中的 isa 指向類結構被稱作 metaclass，metaclass 儲存類的static類成員變數與static類成員方法(+開頭的方法);執行個體對象中的 isa 指向類結構稱作 class(普通的)，class 結構儲存類的普通成員變數與普通成員方法(-開頭的方法)。

　　super_class：一看就明白，指向該類的父類唄!如果該類已經是最頂層的根類(如 NSObject 或 NSProxy)，那麼 super_class 就為 NULL。

　　好，先中斷一下其他類結構成員的介紹，讓我們釐清一下在繼承層次中，子類，父類，根類(這些都是普通 class)以及其對應的 metaclass 的 isa 與 super_class 之間關係:

　　規則一：類的執行個體對象的 isa 指向該類;該類的 isa 指向該類的 metaclass;

　　規則二：類的 super_class 指向其父類，如果該類為根類則值為 NULL;

　　規則三：metaclass 的 isa 指向根 metaclass，如果該 metaclass 是根 metaclass 則指向自身;

　　規則四：metaclass 的 super_class 指向父 metaclass，如果該 metaclass 是根 metaclass 則指向該 metaclass 對應的類;

　　好吧，文字總是那麼乏力，有圖有真相!

　　那麼 class 與 metaclass 有什麼區別呢?

　　class 是 instance object 的類類型。當我們向執行個體對象發送訊息(執行個體方法)時，我們在該執行個體對象的 class 結構的 methodlists 中去尋找響應的函數，如果沒找到匹配的響應函數則在該 class 的父類中的 methodlists 去尋找(尋找鏈為的中間那一排)。如下面的代碼中，向str 執行個體對象發送 lowercaseString 訊息，會在 NSString 類結構的 methodlists 中去尋找 lowercaseString 的響應函數。

　　NSString * str;

　　[str lowercaseString];

　　metaclass 是 class object 的類類型。當我們向類對象發送訊息(類方法)時，我們在該類對象的 metaclass 結構的 methodlists 中去尋找響應的函數，如果沒有找到匹配的響應函數則在該 metaclass 的父類中的 methodlists 去尋找(尋找鏈為的最右邊那一排)。如下面的代碼中，向 NSString 類對象發送 stringWithString 訊息，會在 NSString 的 metaclass 類結構的 methodlists 中去尋找 stringWithString 的響應函數。

　　[NSString stringWithString:@"str"];

　　好，至此我們明白了類的結構層次，讓我們接著看類結構中的其他成員。

　　name：一個 C 字串，指示類的名稱。我們可以在運行期，通過這個名稱尋找到該類(通過：id objc_getClass(const char *aClassName))或該類的 metaclass(id objc_getMetaClass(const char *aClassName));

　　version：類的版本資訊，預設初始化為 0。我們可以在運行期對其進行修改(class_setVersion)或擷取(class_getVersion)。

　　info：供運行期使用的一些位標識。有如下一些位元遮罩：

　　CLS_CLASS (0x1L) 表示該類為普通 class ，其中包含執行個體方法和變數;

　　CLS_META (0x2L) 表示該類為 metaclass，其中包含類方法;

　　CLS_INITIALIZED (0x4L) 表示該類已經被運行期初始化了，這個標識位只被 objc_addClass 所設定;

　　CLS_POSING (0x8L) 表示該類被 pose 成其他的類;(poseclass 在ObjC 2.0中被廢棄了);

　　CLS_MAPPED (0x10L) 為ObjC運行期所使用

　　CLS_FLUSH_CACHE (0x20L) 為ObjC運行期所使用

　　CLS_GROW_CACHE (0x40L) 為ObjC運行期所使用

　　CLS_NEED_BIND (0x80L) 為ObjC運行期所使用

　　CLS_METHOD_ARRAY (0x100L) 該標誌位指示 methodlists 是指向一個 objc_method_list 還是一個包含 objc_method_list 指標的數組;

　　instance_size：該類的執行個體變數大小(包括從父類繼承下來的執行個體變數);

　　ivars：指向 objc_ivar_list 的指標，儲存每個執行個體變數的記憶體位址，如果該類沒有任何執行個體變數則為 NULL;

　　methodLists：與 info 的一些標誌位有關，CLS_METHOD_ARRAY 標識位決定其指向的東西(是指向單個 objc_method_list還是一個 objc_method_list 指標數組)，如果 info 設定了 CLS_CLASS 則 objc_method_list 儲存執行個體方法，如果設定的是 CLS_META 則儲存類方法;

　　cache：指向 objc_cache 的指標，用來緩衝最近使用的方法，以提高效率;

　　protocols：指向 objc_protocol_list 的指標，儲存該類聲明要遵守的正式協議。

　　總結：

　　ObjC 為每個類的定義產生兩個 objc_class ，一個即普通的 class，另一個即 metaclass。我們可以在運行期建立這兩個 objc_class 資料結構，然後使用 objc_addClass 動態地建立新的類定義。