Objective-C 中的对象 & isa &

说到对象，什么是对象？

在面向对象编程中，有两个重要的概念：类与对象。在实际的内存中类又是以什么样的形式存在的呢？~~万物皆屌丝~~，不对、是万物皆对象。

一、对象

在 OC 中什么是对象？有很长一段时间坚信认为 +alloc 出来的才是对象。如果说平时这么说还行，一旦放到面试的时候这样来回答、那恐怕就不行，因为这个答案是不全的。主要分为以下三种：

1、instance 对象，也称实例对象。
2、class 对象，也称类对象。
3、meta-class 对象，也称元类对象。

没错，就是这三个对象。突然感觉哪里不对劲，不是说好的 block 也是一种特殊的对象么？对，也没有错，但是今天暂时不讨论这个 block 对象。
接下来、将会讨论这些对象中都包含了什么样的信息，这些信息都是如何关联起来的，成员变量是存在哪里的，类方法与实例方法是存在哪里的，如何找到 superclass 的。。。。。关于这些问题，将会一一的梳理一遍。

1.1 instance 对象

1.1.1 什么是 instance 对象

总而言之就是通过 +alloc 之后的的都是 instance 对象。但是这里还需要强调一点的是： instance 对象并不仅仅是 NSObject 的对象，还有一个代理类 NSProxy，也是能创建 instance 对象。

关于 NSProxy，大家应该高度重视，当面试官问你在 OC 中有什么代理类的时候，别说不知道什么代理类，就知道代理协议（delegate）。如果你说不知道，那有一点可以很肯定，YYKit 那么优秀的框架都不去学习一下，对于大厂来说，恐怕会遭到鄙视的。具体的可以参考 YYKit 中的 YYWeakProxy。看完 YYWeakProxy 之后，你还会学到另一个技能：如何处理 OC 中定时器的循环引用。这两个问题在面试中，含金量都不低。在接下来的介绍中，不再提及 NSProxy 类。

代码中是如何获取一个对象的：

// 创建一个对象
NSObject* obj = [NSObject alloc];

1.1.2 instance 对象中的信息

1.2 class 对象

1.2.1 获取 class 对象

class 对象是怎么被创建的？毕竟在开发过程中也没有见过通过 +alloc 的方式创建之。但是知道怎么去获取一个 class 对象，见下面的代码：

{
    // 创建对象
    ClsObject* cObj = [[ClsObject alloc] init];
    
    // 获取 class 的 所有方法
    [self fetchClassWiothCObj:cObj];
}

// 获取 class 的 所有方法
- (void)fetchClassWiothCObj:(ClsObject*)cObj {
    Class obcCls1 = [cObj class];
    Class obcCls2 = [ClsObject class];
    Class obcCls3 = object_getClass(cObj);
    
    NSLog(@"%@, %@, %@", NSStringFromClass(obcCls1), NSStringFromClass(obcCls2), NSStringFromClass(obcCls3));
    // 打印结果: ClsObject, ClsObject, ClsObject
    
    NSLog(@"%p, %p, %p", obcCls1, obcCls2, obcCls3);
    // 打印结果: 0x10f52dd30, 0x10f52dd30, 0x10f52dd30
}

以上代码中的 ClsObject 是一个直接继承于 NSObject 的 Class。

没错，不管是通过什么方法获取的 class 对象都是一样的，包括地址。说明在一个项目中一个 Class 仅有一个对象。但是上面的三种获取 class 对象的方式有什么不一样呢？
第一种与第二种是通过方法获取的，直接获取的是当前 instance 的 Class，但是第三种方式不一样，这种方式是获取当前 instance 的 isa 的值。

可以这样做一个实验，给上面的 cObj 做一个 KVO 监听，我们再看一下打印结果，会发现打印的结果变成了这样的：

// 打印结果:ClsObject, ClsObject, NSKVONotifying_ClsObject
// 打印结果:0x102e5ee10, 0x102e5ee10, 0x60000011a820

是的，第三个值变了，变成了 NSKVONotifying_ClsObject。同时还发现，所有同一个 Class 的 instance 注册的 KVO 的 NSKVONotifying_ 的 class 对象的值也是一样的。

1.2.2 class 对象中的信息

1、isa
2、superclass
3、属性 property
4、instance 方法
5、协议 protocal
6、成员变量，这里的成员变量信息并不是一个 instance 中成员变量的值，而是指在这个 Class 中有哪些成员变量，是 NSSting 的，还是 int 类型的。
7、其它
。。。。。。。

1.3 meta-class 对象

1.3.1 获取 meta-class 对象

同理在开发中是不会手动去 +alloc 一个元类对象，可以通过 object_getClass 函数获取 class 对象的 isa 类获取之。代码如下：

// 获取元类对象
- (void)metaClass:(ClsObject*)cObj {
    // 获取一个对象的 isa
    Class obcISA = object_getClass(cObj);
    // 获取元类对象
    Class metaClass = object_getClass(obcISA);
    NSLog(@"%p, %@", metaClass, NSStringFromClass(metaClass));
}

会发现，元类还是当前的 Class，但是是另一个对象地址。
其次，不管是 class 对象还是元类对象，其类型都是 Class，说明在内存结构上是一致的。但是其包含的信息含义是不一样，其用途也不一样。

1.3.2 meta-class 对象中的信息

1、isa
2、superclass
3、类方法信息
4、其它

1.4 对象总结

1、总共有三种对象：instance 对象、class 对象与 meta-class 对象。
2、成员变量的值都存于 instance 对象中。
3、属性、instance （实例）方法、协议 protocol、成员变量都存于 class 对象中。
4、类方法都存于 meta-class 对象中。

对象的信息分布

二、关于 isa

以上的三种对象是如何关联起来的呢？是通过 isa 关联的：

instance 对象的 isa 的值是 class 对象，class 对象的 isa 的值是 meta-class对象。

尽然实例方法是存在 class 对象中，那么当给一个 instance 对象发送消息的时候，是如何找到具体的方法实现的呢？

当调用实例方法的时候，通过 instance 对象中的 isa 找到 class，找到对应的实例方法的实现。

同理，类方法的调用也是一样：

当调用类方法的时候，通过 class 对象的 isa 指针找到 meta-class，并找到对应的方法实现。

不管是调用 Class 方法还是对象方法都是消息发送，这里有一个面试题是这样问的：OC 中的消息发送的本质是什么？在之前我是这样的回答的：通过 SEL 去找对应的 IMP 实现，首先是从当前 Class（meta-class）寻找，如果一旦找不到就会到父类寻找，当所有的都没有找到那么会启动消息转发机制，一旦找到了、那么会将当前的 SEL 与 IMP 缓存起来方便下一次查询。之前一直以为这样的回答够完美的了，但是现在看来需要再加一点专业术语会更加的完善。消息转发的本质是通过 isa 查找对应的 IMP 实现。然后加上之前的回答即可。
为什么要强调这一点呢？难道在 OC 中还有不需要 isa 直接发送消息的？？是的、有一个方法被调用就没有通过 isa 的查询，那就是 +load 方法。在很久之前也一直有一个疑问：为什么在分类中重写了 +load 方法之后，原生 Class 的+load 方法还能被调用。原来是因为 +load 方法的调用逻辑是在 dyld 加载阶段，一旦检测到当前的 Class 或者其分类重写了 +load 直接通过 IMP 地址进行调用。所以这种情况就不会出现原生 Class 的 IMP 后移从而导致没有机会被调用的情况。

三、关于 superclass

superclass 指针 是相对于 class 对象 与 meta-class 对象 来说的。这个指针有什么作用呢？
定义两个 Class：Person 继承于 NSObject，Student 继承于 Person。现在有一个场景，通过 Student 的 instance 对象调用 Person 中实现的实例方法，具体的调用过程如下：

通过 Student 类的 instance 对象 的 isa 找到对应 Student 类的 class 对象，但是没有找到相关的实现，系统会继续到 superclass 中找，于是会到 Person 类的 class 对象 中找到具体的实现，并调用。

类方法的调用，也是一样。

四、 isa 与 superclass

美图欣赏，以上所说的都是为了能看懂这张图片：

class.png

由图可知：

1、isa

1、instance 的 isa 指向 class
2、class 的 isa 指向 meta-class
3、meta-class 的 isa 指向基类的 meta-class

2、superclass

1、class 的 superclass 指向父类的 class，如果没有父类，superclass 为 nil
2、neta-class 的 superclass 指向父类的 meta-class，基类的 meta-class 的 super 指向基类的 class

3、方法调用轨迹

instance 对象： isa 找到class，方法如果不存在，就通过 superclass找父类。
class 对象： isa 找到meta-class，方法如果不存在，就通过 superclass 找父类。