神经病院Objective-C Runtime入院第一天——isa和Class

时间  2019-11-19
标签 神经 病院 objective runtime 入院 第一天 isa class 栏目 C&C++ 繁體版
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前言

我第一次开始重视Objective-C Runtime是从2014年11月1日，@唐巧老师在微博上发的一条微博开始。html


 

这是sunnyxx在线下的一次分享会。会上还给了4道题目。git


 

这4道题以我当时的知识，不少就不肯定，拿不许。从此次入院考试开始，就成功入院了。后来这两年对Runtime的理解慢慢增长了，打算今天本身总结总结平时一直躺在我印象笔记里面的笔记。有些人可能有疑惑，学习Runtime到底有啥用，平时好像并不会用到。但愿看完我此次的总结，心中能解开一些疑惑。github

目录

  • 1.Runtime简介
  • 2.NSObject起源
    • (1) isa_t结构体的具体实现
    • (2) cache_t的具体实现
    • (3) class_data_bits_t的具体实现
  • 3.入院考试

一. Runtime简介

Runtime 又叫运行时，是一套底层的 C 语言 API，是 iOS 系统的核心之一。开发者在编码过程当中，能够给任意一个对象发送消息，在编译阶段只是肯定了要向接收者发送这条消息，而接受者将要如何响应和处理这条消息，那就要看运行时来决定了。objective-c

C语言中，在编译期，函数的调用就会决定调用哪一个函数。
而OC的函数，属于动态调用过程，在编译期并不能决定真正调用哪一个函数，只有在真正运行时才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。swift

Objective-C 是一个动态语言，这意味着它不只须要一个编译器，也须要一个运行时系统来动态得建立类和对象、进行消息传递和转发。vim

Objc 在三种层面上与 Runtime 系统进行交互：缓存


 
1. 经过 Objective-C 源代码

通常状况开发者只须要编写 OC 代码便可，Runtime 系统自动在幕后把咱们写的源代码在编译阶段转换成运行时代码，在运行时肯定对应的数据结构和调用具体哪一个方法。数据结构

2. 经过 Foundation 框架的 NSObject 类定义的方法

在OC的世界中，除了NSProxy类之外，全部的类都是NSObject的子类。在Foundation框架下，NSObject和NSProxy两个基类，定义了类层次结构中该类下方全部类的公共接口和行为。NSProxy是专门用于实现代理对象的类，这个类暂时本篇文章不提。这两个类都遵循了NSObject协议。在NSObject协议中，声明了全部OC对象的公共方法。架构

在NSObject协议中，有如下5个方法，是能够从Runtime中获取信息，让对象进行自我检查。app

- (Class)class OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use 'anObject.dynamicType' instead"); - (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass; - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass; - (BOOL)conformsToProtocol:(Protocol *)aProtocol; - (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector;

-class方法返回对象的类；
-isKindOfClass: 和 -isMemberOfClass: 方法检查对象是否存在于指定的类的继承体系中(是不是其子类或者父类或者当前类的成员变量)；
-respondsToSelector: 检查对象可否响应指定的消息；
-conformsToProtocol:检查对象是否实现了指定协议类的方法；

在NSObject的类中还定义了一个方法

- (IMP)methodForSelector:(SEL)aSelector;

这个方法会返回指定方法实现的地址IMP。

以上这些方法会在本篇文章中详细分析具体实现。

3. 经过对 Runtime 库函数的直接调用

关于库函数能够在Objective-C Runtime Reference中查看 Runtime 函数的详细文档。

关于这一点，其实还有一个小插曲。当咱们导入了objc/Runtime.h和objc/message.h两个头文件以后，咱们查找到了Runtime的函数以后，代码打完，发现没有代码提示了，那些函数里面的参数和描述都没有了。对于熟悉Runtime的开发者来讲，这并无什么难的，由于参数早已铭记于胸。可是对于新手来讲，这是至关不友好的。并且，若是是从iOS6开始开发的同窗，依稀可能能感觉到，关于Runtime的具体实现的官方文档愈来愈少了？可能还怀疑是否是错觉。其实从Xcode5开始，苹果就不建议咱们手动调用Runtime的API，也一样但愿咱们不要知道具体底层实现。因此IDE上面默认代了一个参数，禁止了Runtime的代码提示，源码和文档方面也删除了一些解释。

具体设置以下:


 

若是发现导入了两个库文件以后，仍然没有代码提示，就须要把这里的设置改为NO，便可。

二. NSObject起源

由上面一章节，咱们知道了与Runtime交互有3种方式，前两种方式都与NSObject有关，那咱们就从NSObject基类开始提及。


 

如下源码分析均来自objc4-680

NSObject的定义以下

typedef struct objc_class *Class; @interface NSObject <NSObject> { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; }

在Objc2.0以前，objc_class源码以下：

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;

在这里能够看到，在一个类中，有超类的指针，类名，版本的信息。
ivars是objc_ivar_list成员变量列表的指针；methodLists是指向objc_method_list指针的指针。*methodLists是指向方法列表的指针。这里若是动态修改*methodLists的值来添加成员方法，这也是Category实现的原理，一样解释了Category不能添加属性的缘由。

关于Category，这里推荐2篇文章能够仔细研读一下。
深刻理解Objective-C：Category
结合 Category 工做原理分析 OC2.0 中的 runtime

而后在2006年苹果发布Objc 2.0以后，objc_class的定义就变成下面这个样子了。

typedef struct objc_class *Class; typedef struct objc_object *id; @interface Object { Class isa; } @interface NSObject <NSObject> { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; } struct objc_object { private: isa_t isa; } struct objc_class : objc_object { // Class ISA; Class superclass; cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags } union isa_t { isa_t() { } isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { } Class cls; uintptr_t bits; }

 

把源码的定义转化成类图，就是上图的样子。

从上述源码中，咱们能够看到，Objective-C 对象都是 C 语言结构体实现的，在objc2.0中，全部的对象都会包含一个isa_t类型的结构体。

objc_object被源码typedef成了id类型，这也就是咱们平时遇到的id类型。这个结构体中就只包含了一个isa_t类型的结构体。这个结构体在下面会详细分析。

objc_class继承于objc_object。因此在objc_class中也会包含isa_t类型的结构体isa。至此，能够得出结论：Objective-C 中类也是一个对象。在objc_class中，除了isa以外，还有3个成员变量，一个是父类的指针，一个是方法缓存，最后一个这个类的实例方法链表。

object类和NSObject类里面分别都包含一个objc_class类型的isa。

上图的左半边类的关系描述完了，接着先从isa来讲起。

当一个对象的实例方法被调用的时候，会经过isa找到相应的类，而后在该类的class_data_bits_t中去查找方法。class_data_bits_t是指向了类对象的数据区域。在该数据区域内查找相应方法的对应实现。

可是在咱们调用类方法的时候，类对象的isa里面是什么呢？这里为了和对象查找方法的机制一致，遂引入了元类(meta-class)的概念。

关于元类，更多具体能够研究这篇文章What is a meta-class in Objective-C?

在引入元类以后，类对象和对象查找方法的机制就彻底统一了。

对象的实例方法调用时，经过对象的 isa 在类中获取方法的实现。
类对象的类方法调用时，经过类的 isa 在元类中获取方法的实现。

meta-class之因此重要，是由于它存储着一个类的全部类方法。每一个类都会有一个单独的meta-class，由于每一个类的类方法基本不可能彻底相同。

对应关系的图以下图，下图很好的描述了对象，类，元类之间的关系:


 

图中实线是 super_class指针，虚线是isa指针。

  1. Root class (class)其实就是NSObject，NSObject是没有超类的，因此Root class(class)的superclass指向nil。
  2. 每一个Class都有一个isa指针指向惟一的Meta class
  3. Root class(meta)的superclass指向Root class(class)，也就是NSObject，造成一个回路。
  4. 每一个Meta class的isa指针都指向Root class (meta)。

咱们其实应该明白，类对象和元类对象是惟一的，对象是能够在运行时建立无数个的。而在main方法执行以前，从 dyld到runtime这期间，类对象和元类对象在这期间被建立。具体可看sunnyxx这篇iOS 程序 main 函数以前发生了什么

（1）isa_t结构体的具体实现

接下来咱们就该研究研究isa的具体实现了。objc_object里面的isa是isa_t类型。经过查看源码，咱们能够知道isa_t是一个union联合体。

struct objc_object { private: isa_t isa; public: // initIsa() should be used to init the isa of new objects only. // If this object already has an isa, use changeIsa() for correctness. // initInstanceIsa(): objects with no custom RR/AWZ void initIsa(Class cls /*indexed=false*/); void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor); private: void initIsa(Class newCls, bool indexed, bool hasCxxDtor); ｝

那就从initIsa方法开始研究。下面以arm64为例。

inline void objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor) { initIsa(cls, true, hasCxxDtor); } inline void objc_object::initIsa(Class cls, bool indexed, bool hasCxxDtor) { if (!indexed) { isa.cls = cls; } else { isa.bits = ISA_MAGIC_VALUE; isa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor; isa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3; } }

initIsa第二个参数传入了一个true，因此initIsa就会执行else里面的语句。

# if __arm64__ # define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL # define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL # define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL struct { uintptr_t indexed : 1; uintptr_t has_assoc : 1; uintptr_t has_cxx_dtor : 1; uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000 uintptr_t magic : 6; uintptr_t weakly_referenced : 1; uintptr_t deallocating : 1; uintptr_t has_sidetable_rc : 1; uintptr_t extra_rc : 19; # define RC_ONE (1ULL<<45) # define RC_HALF (1ULL<<18) }; # elif __x86_64__ # define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL # define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL # define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL struct { uintptr_t indexed : 1; uintptr_t has_assoc : 1; uintptr_t has_cxx_dtor : 1; uintptr_t shiftcls : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000 uintptr_t magic : 6; uintptr_t weakly_referenced : 1; uintptr_t deallocating : 1; uintptr_t has_sidetable_rc : 1; uintptr_t extra_rc : 8; # define RC_ONE (1ULL<<56) # define RC_HALF (1ULL<<7) };

 

ISA_MAGIC_VALUE = 0x000001a000000001ULL转换成二进制是11010000000000000000000000000000000000001，结构以下图：


 

关于参数的说明：

第一位index，表明是否开启isa指针优化。index = 1，表明开启isa指针优化。

在2013年9月，苹果推出了iPhone5s，与此同时，iPhone5s配备了首个采用64位架构的A7双核处理器，为了节省内存和提升执行效率，苹果提出了Tagged Pointer的概念。对于64位程序，引入Tagged Pointer后，相关逻辑能减小一半的内存占用，以及3倍的访问速度提高，100倍的建立、销毁速度提高。

在WWDC2013的《Session 404 Advanced in Objective-C》视频中，苹果介绍了 Tagged Pointer。 Tagged Pointer的存在主要是为了节省内存。咱们知道，对象的指针大小通常是与机器字长有关，在32位系统中，一个指针的大小是32位（4字节），而在64位系统中，一个指针的大小将是64位（8字节）。

假设咱们要存储一个NSNumber对象，其值是一个整数。正常状况下，若是这个整数只是一个NSInteger的普通变量，那么它所占用的内存是与CPU的位数有关，在32位CPU下占4个字节，在64位CPU下是占8个字节的。而指针类型的大小一般也是与CPU位数相关，一个指针所占用的内存在32位CPU下为4个字节，在64位CPU下也是8个字节。若是没有Tagged Pointer对象，从32位机器迁移到64位机器中后，虽然逻辑没有任何变化，但这种NSNumber、NSDate一类的对象所占用的内存会翻倍。以下图所示：


 

苹果提出了Tagged Pointer对象。因为NSNumber、NSDate一类的变量自己的值须要占用的内存大小经常不须要8个字节，拿整数来讲，4个字节所能表示的有符号整数就能够达到20多亿（注：2^31=2147483648，另外1位做为符号位)，对于绝大多数状况都是能够处理的。因此，引入了Tagged Pointer对象以后，64位CPU下NSNumber的内存图变成了如下这样：


 

关于Tagged Pointer技术详细的，能够看上面连接那个文章。

has_assoc
对象含有或者曾经含有关联引用，没有关联引用的能够更快地释放内存

has_cxx_dtor
表示该对象是否有 C++ 或者 Objc 的析构器

shiftcls
类的指针。arm64架构中有33位能够存储类指针。

源码中isa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
将当前地址右移三位的主要缘由是用于将 Class 指针中无用的后三位清除减少内存的消耗，由于类的指针要按照字节（8 bits）对齐内存，其指针后三位都是没有意义的 0。具体能够看从 NSObject 的初始化了解 isa这篇文章里面的shiftcls分析。

magic
判断对象是否初始化完成，在arm64中0x16是调试器判断当前对象是真的对象仍是没有初始化的空间。

weakly_referenced
对象被指向或者曾经指向一个 ARC 的弱变量，没有弱引用的对象能够更快释放

deallocating
对象是否正在释放内存

has_sidetable_rc
判断该对象的引用计数是否过大，若是过大则须要其余散列表来进行存储。

extra_rc
存放该对象的引用计数值减一后的结果。对象的引用计数超过 1，会存在这个这个里面，若是引用计数为 10，extra_rc的值就为 9。

ISA_MAGIC_MASK 和 ISA_MASK 分别是经过掩码的方式获取MAGIC值 和 isa类指针。

inline Class objc_object::ISA() { assert(!isTaggedPointer()); return (Class)(isa.bits & ISA_MASK); }

关于x86_64的架构，具体能够看从 NSObject 的初始化了解 isa文章里面的详细分析。

（2）cache_t的具体实现

仍是继续看源码

struct cache_t { struct bucket_t *_buckets; mask_t _mask; mask_t _occupied; } typedef unsigned int uint32_t; typedef uint32_t mask_t; // x86_64 & arm64 asm are less efficient with 16-bits typedef unsigned long uintptr_t; typedef uintptr_t cache_key_t; struct bucket_t { private: cache_key_t _key; IMP _imp; }

 

根据源码，咱们能够知道cache_t中存储了一个bucket_t的结构体，和两个unsigned int的变量。

mask：分配用来缓存bucket的总数。
occupied：代表目前实际占用的缓存bucket的个数。

bucket_t的结构体中存储了一个unsigned long和一个IMP。IMP是一个函数指针，指向了一个方法的具体实现。

cache_t中的bucket_t *_buckets其实就是一个散列表，用来存储Method的链表。

Cache的做用主要是为了优化方法调用的性能。当对象receiver调用方法message时，首先根据对象receiver的isa指针查找到它对应的类，而后在类的methodLists中搜索方法，若是没有找到，就使用super_class指针到父类中的methodLists查找，一旦找到就调用方法。若是没有找到，有可能消息转发，也可能忽略它。但这样查找方式效率过低，由于每每一个类大概只有20%的方法常常被调用，占总调用次数的80%。因此使用Cache来缓存常常调用的方法，当调用方法时，优先在Cache查找，若是没有找到，再到methodLists查找。

（3）class_data_bits_t的具体实现

源码实现以下：

struct class_data_bits_t { // Values are the FAST_ flags above. uintptr_t bits; } struct class_rw_t { uint32_t flags; uint32_t version; const class_ro_t *ro; method_array_t methods; property_array_t properties; protocol_array_t protocols; Class firstSubclass; Class nextSiblingClass; char *demangledName; } struct class_ro_t { uint32_t flags; uint32_t instanceStart; uint32_t instanceSize; #ifdef __LP64__ uint32_t reserved; #endif const uint8_t * ivarLayout; const char * name; method_list_t * baseMethodList; protocol_list_t * baseProtocols; const ivar_list_t * ivars; const uint8_t * weakIvarLayout; property_list_t *baseProperties; method_list_t *baseMethods() const { return baseMethodList; } };

 

在 objc_class结构体中的注释写到 class_data_bits_t至关于 class_rw_t指针加上 rr/alloc 的标志。

class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags

它为咱们提供了便捷方法用于返回其中的 class_rw_t *指针：

class_rw_t *data() {
    return bits.data(); }

Objc的类的属性、方法、以及遵循的协议在obj 2.0的版本以后都放在class_rw_t中。class_ro_t是一个指向常量的指针，存储来编译器决定了的属性、方法和遵照协议。rw-readwrite，ro-readonly

在编译期类的结构中的 class_data_bits_t *data指向的是一个 class_ro_t *指针：


 

在运行时调用 realizeClass方法，会作如下3件事情：

  1. 从 class_data_bits_t调用 data方法，将结果从 class_rw_t强制转换为 class_ro_t指针
  2. 初始化一个 class_rw_t结构体
  3. 设置结构体 ro的值以及 flag

最后调用methodizeClass方法，把类里面的属性，协议，方法都加载进来。

struct method_t { SEL name; const char *types; IMP imp; struct SortBySELAddress : public std::binary_function<const method_t&, const method_t&, bool> { bool operator() (const method_t& lhs, const method_t& rhs) { return lhs.name < rhs.name; } }; };

方法method的定义如上。里面包含3个成员变量。SEL是方法的名字name。types是Type Encoding类型编码，类型可参考Type Encoding，在此不细说。

IMP是一个函数指针，指向的是函数的具体实现。在runtime中消息传递和转发的目的就是为了找到IMP，并执行函数。

整个运行时过程能够描述以下：


 

更加详细的分析，请看@Draveness 的这篇文章深刻解析 ObjC 中方法的结构

到此，总结一下objc_class 1.0和2.0的差异。


 

 

三. 入院考试


 

（一）[self class] 与 [super class]

下面代码输出什么?

@implementation Son : Father
- (id)init
{
    self = [super init];
    if (self)
    {
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
return self;
}
@end

self和super的区别：

self是类的一个隐藏参数，每一个方法的实现的第一个参数即为self。

super并非隐藏参数，它实际上只是一个”编译器标示符”，它负责告诉编译器，当调用方法时，去调用父类的方法，而不是本类中的方法。

在调用[super class]的时候，runtime会去调用objc_msgSendSuper方法，而不是objc_msgSend

OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ ) /// Specifies the superclass of an instance. struct objc_super { /// Specifies an instance of a class. __unsafe_unretained id receiver; /// Specifies the particular superclass of the instance to message. #if !defined(__cplusplus) && !__OBJC2__ /* For compatibility with old objc-runtime.h header */ __unsafe_unretained Class class; #else __unsafe_unretained Class super_class; #endif /* super_class is the first class to search */ };

在objc_msgSendSuper方法中，第一个参数是一个objc_super的结构体，这个结构体里面有两个变量，一个是接收消息的receiver，一个是当前类的父类super_class。

入院考试第一题错误的缘由就在这里，误认为[super class]是调用的[super_class class]。

objc_msgSendSuper的工做原理应该是这样的:
从objc_super结构体指向的superClass父类的方法列表开始查找selector，找到后以objc->receiver去调用父类的这个selector。注意，最后的调用者是objc->receiver，而不是super_class！

那么objc_msgSendSuper最后就转变成

// 注意这里是从父类开始msgSend，而不是从本类开始，谢谢@Josscii 和他同事共同指点出此处描述的不妥。 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class)) /// Specifies an instance of a class. 这是类的一个实例 __unsafe_unretained id receiver; // 因为是实例调用，因此是减号方法 - (Class)class { return object_getClass(self); }

因为找到了父类NSObject里面的class方法的IMP，又由于传入的入参objc_super->receiver = self。self就是son，调用class，因此父类的方法class执行IMP以后，输出仍是son，最后输出两个都同样，都是输出son。

（二）isKindOfClass 与 isMemberOfClass

下面代码输出什么？

@interface Sark : NSObject
 @end

 @implementation Sark
 @end

 int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
    BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
    BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
    BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
    BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];

   NSLog(@"%d %d %d %d", res1, res2, res3, res4);
}
return 0;
}

先来分析一下源码这两个函数的对象实现

+ (Class)class { return self; } - (Class)class { return object_getClass(self); } Class object_getClass(id obj) { if (obj) return obj->getIsa(); else return Nil; } inline Class objc_object::getIsa() { if (isTaggedPointer()) { uintptr_t slot = ((uintptr_t)this >> TAG_SLOT_SHIFT) & TAG_SLOT_MASK; return objc_tag_classes[slot]; } return ISA(); } inline Class objc_object::ISA() { assert(!isTaggedPointer()); return (Class)(isa.bits & ISA_MASK); } + (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls { for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) { if (tcls == cls) return YES; } return NO; } - (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls { for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) { if (tcls == cls) return YES; } return NO; } + (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls { return object_getClass((id)self) == cls; } - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls { return [self class] == cls; }

首先题目中NSObject 和 Sark分别调用了class方法。

+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls方法内部，会先去得到object_getClass的类，而object_getClass的源码实现是去调用当前类的obj->getIsa()，最后在ISA()方法中得到meta class的指针。

接着在isKindOfClass中有一个循环，先判断class是否等于meta class，不等就继续循环判断是否等于super class，不等再继续取super class，如此循环下去。

[NSObject class]执行完以后调用isKindOfClass，第一次判断先判断NSObject 和 NSObject的meta class是否相等，以前讲到meta class的时候放了一张很详细的图，从图上咱们也能够看出，NSObject的meta class与自己不等。接着第二次循环判断NSObject与meta class的superclass是否相等。仍是从那张图上面咱们能够看到：Root class(meta) 的superclass 就是 Root class(class)，也就是NSObject自己。因此第二次循环相等，因而第一行res1输出应该为YES。

同理，[Sark class]执行完以后调用isKindOfClass，第一次for循环，Sark的Meta Class与[Sark class]不等，第二次for循环，Sark Meta Class的super class 指向的是 NSObject Meta Class， 和 Sark Class不相等。第三次for循环，NSObject Meta Class的super class指向的是NSObject Class，和 Sark Class 不相等。第四次循环，NSObject Class 的super class 指向 nil， 和 Sark Class不相等。第四次循环以后，退出循环，因此第三行的res3输出为NO。

若是把这里的Sark改为它的实例对象，[sark isKindOfClass:[Sark class]，那么此时就应该输出YES了。由于在isKindOfClass函数中，判断sark的isa指向是不是本身的类Sark，第一次for循环就能输出YES了。

isMemberOfClass的源码实现是拿到本身的isa指针和本身比较，是否相等。
第二行isa 指向 NSObject 的 Meta Class，因此和 NSObject Class不相等。第四行，isa指向Sark的Meta Class，和Sark Class也不等，因此第二行res2和第四行res4都输出NO。

（三）Class与内存地址

下面的代码会？Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?

@interface Sark : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
- (void)speak;
@end
@implementation Sark
- (void)speak {
    NSLog(@"my name's %@", self.name);
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    id cls = [Sark class];
    void *obj = &cls;
    [(__bridge id)obj speak];
}
@end

这道题有两个难点。难点一，obj调用speak方法，到底会不会崩溃。难点二，若是speak方法不崩溃，应该输出什么？

首先须要谈谈隐藏参数self和_cmd的问题。
当[receiver message]调用方法时，系统会在运行时偷偷地动态传入两个隐藏参数self和_cmd，之因此称它们为隐藏参数，是由于在源代码中没有声明和定义这两个参数。self在上面已经讲解明白了，接下来就来讲说_cmd。_cmd表示当前调用方法，其实它就是一个方法选择器SEL。

难点一，能不能调用speak方法？

id cls = [Sark class]; void *obj = &cls;

答案是能够的。obj被转换成了一个指向Sark Class的指针，而后使用id转换成了objc_object类型。obj如今已是一个Sark类型的实例对象了。固然接下来能够调用speak的方法。

难点二，若是能调用speak，会输出什么呢？

不少人可能会认为会输出sark相关的信息。这样答案就错误了。

正确的答案会输出

my name is <ViewController: 0x7ff6d9f31c50>

内存地址每次运行都不一样，可是前面必定是ViewController。why？

咱们把代码改变一下，打印更多的信息出来。

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; NSLog(@"ViewController = %@ , 地址 = %p", self, &self); id cls = [Sark class]; NSLog(@"Sark class = %@ 地址 = %p", cls, &cls); void *obj = &cls; NSLog(@"Void *obj = %@ 地址 = %p", obj,&obj); [(__bridge id)obj speak]; Sark *sark = [[Sark alloc]init]; NSLog(@"Sark instance = %@ 地址 = %p",sark,&sark); [sark speak]; }

咱们把对象的指针地址都打印出来。输出结果：

ViewController = <ViewController: 0x7fb570e2ad00> , 地址 = 0x7fff543f5aa8 Sark class = Sark 地址 = 0x7fff543f5a88 Void *obj = <Sark: 0x7fff543f5a88> 地址 = 0x7fff543f5a80 my name is <ViewController: 0x7fb570e2ad00> Sark instance = <Sark: 0x7fb570d20b10> 地址 = 0x7fff543f5a78 my name is (null)

  
// objc_msgSendSuper2() takes the current search class, not its superclass. OBJC_EXPORT id objc_msgSendSuper2(struct objc_super *super, SEL op, ...) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_2_0);

objc_msgSendSuper2方法入参是一个objc_super *super。

/// Specifies the superclass of an instance. struct objc_super { /// Specifies an instance of a class. __unsafe_unretained id receiver; /// Specifies the particular superclass of the instance to message. #if !defined(__cplusplus) && !__OBJC2__ /* For compatibility with old objc-runtime.h header */ __unsafe_unretained Class class; #else __unsafe_unretained Class super_class; #endif /* super_class is the first class to search */ }; #endif

因此按viewDidLoad执行时各个变量入栈顺序从高到底为self, _cmd, super_class(等同于self.class), receiver(等同于self), obj。


 

第一个self和第二个_cmd是隐藏参数。第三个self.class和第四个self是[super viewDidLoad]方法执行时候的参数。

在调用self.name的时候，本质上是self指针在内存向高位地址偏移一个指针。


 

从打印结果咱们能够看到，obj就是cls的地址。在obj向上偏移一个指针就到了0x7fff543f5a90，这正好是ViewController的地址。

因此输出为my name is <ViewController: 0x7fb570e2ad00>。

至此，Objc中的对象究竟是什么呢？

实质：Objc中的对象是一个指向ClassObject地址的变量，即 id obj = &ClassObject ， 而对象的实例变量 void *ivar = &obj + offset(N)

加深一下对上面这句话的理解，下面这段代码会输出什么？

- (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; NSLog(@"ViewController = %@ , 地址 = %p", self, &self); NSString *myName = @"halfrost"; id cls = [Sark class]; NSLog(@"Sark class = %@ 地址 = %p", cls, &cls); void *obj = &cls; NSLog(@"Void *obj = %@ 地址 = %p", obj,&obj); [(__bridge id)obj speak]; Sark *sark = [[Sark alloc]init]; NSLog(@"Sark instance = %@ 地址 = %p",sark,&sark); [sark speak]; }
ViewController = <ViewController: 0x7fff44404ab0> , 地址 = 0x7fff56a48a78 Sark class = Sark 地址 = 0x7fff56a48a50 Void *obj = <Sark: 0x7fff56a48a50> 地址 = 0x7fff56a48a48 my name is halfrost Sark instance = <Sark: 0x6080000233e0> 地址 = 0x7fff56a48a40 my name is (null)

因为加了一个字符串，结果输出就彻底变了，[(__bridge id)obj speak];这句话会输出“my name is halfrost”

缘由仍是和上面的相似。按viewDidLoad执行时各个变量入栈顺序从高到底为self，_cmd，self.class( super_class )，self ( receiver )，myName，obj。obj往上偏移一个指针，就是myName字符串，因此输出变成了输出myName了。


 

这里有一点须要额外说明的是，栈里面有两个 self，可能有些人认为是指针偏移到了第一个 self 了，因而打印出了 ViewController：

my name is <ViewController: 0x7fb570e2ad00>

 

其实这种想法是不对的，从 obj 往上找 name 属性，彻底是指针偏移了一个 offset 致使的，也就是说指针只往下偏移了一个。那么怎么证实指针只偏移了一个，而不是偏移了4个到最下面的 self 呢？


 

obj 的地址是 0x7fff5c7b9a08，self 的地址是 0x7fff5c7b9a28。每一个指针占8个字节，因此从 obj 到 self 中间确实有4个指针大小的间隔。若是从 obj 偏移一个指针，就到了 0x7fff5c7b9a10。咱们须要把这个内存地址里面的内容打印出来。

LLDB 调试中，可使用examine命令（简写是x）来查看内存地址中的值。x命令的语法以下所示：
x/

n、f、u是可选的参数。
n 是一个正整数，表示显示内存的长度，也就是说从当前地址向后显示几个地址的内容。

f 表示显示的格式，参见上面。若是地址所指的是字符串，那么格式能够是s，若是地十是指令地址，那么格式能够是 i。

u 表示从当前地址日后请求的字节数，若是不指定的话，GDB默认是4个bytes。u参数能够用下面的字符来代替，b表示单字节，h表示双字节，w表示四字节，g表示八字节。当咱们指定了字节长度后，GDB会从指内存定的内存地址开始，读写指定字节，并把其看成一个值取出来。


 

咱们用 x 命令分别打印出 0x7fff5c7b9a10 和 0x7fff5c7b9a28 内存地址里面的内容，咱们会发现两个打印出来的值是同样的，都是 0x7fbf0d606aa0。

这两个 self 的地址不一样，里面存储的内容是相同的。

因此 obj 是偏移了一个指针，而不是偏移到最下面的 self 。

最后

入院考试因为还有一题没有解答出来，因此医院决定让我住院一天观察。

未完待续，请你们多多指教。

做者：一缕殇流化隐半边冰霜 连接：http://www.jianshu.com/p/9d649ce6d0b8 來源：简书 著做权归做者全部。商业转载请联系做者得到受权，非商业转载请注明出处。
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