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「iOS」————继承链与对象的结构

news 2025/7/27 7:41:33

iOS学习

前言
对象的底层结构
- isa的类型isa_t
- objc_class & objc_object
- - 类信息的静态与动态存储（ro、rw、rwe机制）
  - cache
  - bits
继承链
isKindOfClass和isMemberOfClass
- - `isKindOfClass:`
  - `isMemberofClass`

前言

对对象底层结构的相关信息有点遗忘，简略记录一下。顺便记录一下继承链相关。

对象的底层结构

isa指针采用了典型的适配器设计模式。
适配器设计模式（即将底层接口适配为客户端需要的接口），达成上下层接口隔离的目的。

上层OC对象只需要通过 isa、Class、objc_object、objc_class 等接口访问对象和类信息。底层实现
通过联合体、结构体、位域等方式，封装了复杂的内存布局和数据结构。
适配器（如isa_t、objc_object、objc_class、cache_t、class_rw_t等）把底层复杂的数据结构和操作，适配成了上层易用的接口，实现了“接口隔离”和“解耦”。

isa的类型isa_t

union isa_t { //联合体isa_t() { }isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }//提供了cls 和 bits ，两者是互斥关系,即通过cls初始化，bits无默认值，通过bits初始化，cls无默认值Class cls;uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)struct {ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h  结构体定义的位域，储存类信息和其他信息。};
#endif
};

位域如下：

isa存储情况

nonpointer有两个值，表示自定义的类等，占1位
- 0：纯isa指针
- 1：不只是类对象地址，isa中包含了类信息、对象的引用计数等
has_assoc表示关联对象标志位，占1位
- 0：没有关联对象
- 1：存在关联对象
has_cxx_dtor 表示该对象是否有C++/OC的析构器（类似于dealloc），占1位
- 如果有析构函数，则需要做析构逻辑
- 如果没有，则可以更快的释放对象
shiftcls表示存储类的指针的值（类的地址），即类信息
- arm64中占 33位，开启指针优化的情况下，在arm64架构中有33位用来存储类指针
- x86_64中占 44位
magic 用于调试器判断当前对象是真的对象 还是 没有初始化的空间，占6位
weakly_refrenced是指对象是否被指向 或者 曾经指向一个ARC的弱变量
- 没有弱引用的对象可以更快释放
deallocating 标志对象是是否正在释放内存
has_sidetable_rc表示当对象引用计数大于10时，则需要借用该变量存储进位
extra_rc（额外的引用计数） ,表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减1
- 如果对象的引用计数为10，那么extra_rc为9（这个仅为举例说明），实际上iPhone 真机上的 extra_rc 是使用 19位来存储引用计数的

cls 与 isa 关联原理就是isa指针中的shiftcls位域中存储了类信息，其中initInstanceIsa的过程是将 calloc 指针和当前的 类cls 关联起来。

objc_class & objc_object

所有Class都是以objc_class为模版继承而来的。isa指针的类型是Class，由objc_class定义的类型。

而结构体类型objc_class继承自objc_object。obje_object是一个结构体，且有一个isa属性，因此objc_class也拥有isa属性

NSObject中的isa在底层是由Class 定义的，其中class的底层编码来自 objc_class类型，所以NSObject也拥有了isa属性

总结

所有的对象 + 类 + 元类 都有isa属性
所有的对象都是由objc_object继承来的，类继承自objc_class
简单概括就是万物皆对象，万物皆来源于objc_object，有以下两点结论：
- 所有以 objc_object为模板创建的对象，都有isa属性
- 所有以objc_class为模板，创建的类，都有isa属性
在结构层面可以通俗的理解为上层OC 与 底层的对接：
- 下层是通过 结构体 定义的 模板，例如objc_class、objc_object
- 上层 是通过底层的模板创建的一些类型，例如CJLPerson

objc_class的定义：

struct objc_class : objc_object {// Class ISA; //8字节Class superclass; //Class 类型 8字节cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtableclass_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
}

isa属性：继承自objc_object的isa，占 8字节
superclass 属性：Class类型，Class是由objc_object定义的，是一个指针，占8字节
cache属性：简单从类型class_data_bits_t目前无法得知，而class_data_bits_t是一个结构体类型，结构体的内存大小需要根据内部的属性来确定，而结构体指针才是8字节
bits属性：只有首地址经过上面3个属性的内存大小总和的平移，才能获取到bits

类信息的静态与动态存储（ro、rw、rwe机制）

初始时，只有ro。

当需要修改类信息的时候，rw引用ro，并拷贝一部分信息。

将需要动态更新的部分提取出来，存⼊rwe:

总结：程序加载时方法存在ro。当类第一次使用的时候，rw就会引用ro；如果动态修改，就会从ro拷贝到rwe；修改的时候也是去操作rwe；

rw和ro的区别：ro放在纯净的内存空间（clean memory），是只读的。rw在运行生成，存放在可以读写的内存空间中（dirty memory），一经使用，ro就会成为rw的一部分（通过指针引用）。并且rw对于真正需要修改的内容，还会拆分出class_rw_ext_t；简称rwe。

cache

其中，cache类的内存大小为12+2+2=16字节。分别有：buckets（8字节），mask（4字节）或者_maskAndBuckets（8字节）， _mask_unused（4字节）加上 _flag（2字节）， _occupied(2字节)。

注意：buckets是方法缓存中的一个哈希表数组，储存了SEL和IMP。而mask使用来计算哈希索引的。这两个可以快速定位方法缓存。

sel-imp是在cache_t的_buckets属性中，而在cache_t结构体中提供了获取_buckets属性的方法buckets()

我们可以通过相应的获取方法sel() 以及 imp(pClass)获得对应的sel-imp

bits

类的首地址平移32字节即可得到bits，bits储存信息的类型是class_rw_t，其中可以获取属性列表和方法列表

请添加图片描述

通过由class_rw_t提供的propertoes方法，可以获取到一个实际类型为property_array_t的变量，其中有一个list的类型是property_list_t，是一个指针，存储了 property_list，即属性列表。所以bits中储存了属性列表。

通过由class_rw_t提供methods方法，可以获取到一个实际类型为method_array_t的变量，其中的list指针，类型是method_list_t，里面就是具体的方法列表。注意，该列表里面只有实例方法。类方法存储在元类的bits属性中，获取方法与该方法相同，毕竟类是元类的实例。

在class_rw_t中，还有一个ro方法，其返回类型是class_ro_t，其中有一个类型为ivar_list_t的ivars属性，其中储存着成员变量列表。该成员变量列表不仅储存着{}定义的成员变量，还存储着属性定义的成员变量。

class_rw_t中的相关方法

继承链

首先是最经典的图片：
请添加图片描述

isa走位

isa的走向有以下几点说明：
- 实例对象（Instance of Subclass）的 isa 指向 类（class）
- 类对象（class） isa 指向 元类（Meta class）
- 元类（Meta class）的isa 指向 根元类（Root metal class）
- 根元类（Root metal class） 的isa 指向它自己本身，形成闭环，这里的根元类就是NSObject
superclass走位

superclass（即继承关系）的走向也有以下几点说明：
- 类之间的继承关系
  - 类（subClass） 继承自 父类（superClass）
  - 父类（superClass） 继承自 根类（RootClass），此时的根类是指NSObject
  - 根类 继承自 nil，所以根类即NSObject可以理解为万物起源，即无中生有
- 元类也存在继承，元类之间的继承关系如下：
  - 子类的元类（metal SubClass） 继承自 父类的元类（metal SuperClass）
  - 父类的元类（metal SuperClass） 继承自 根元类（Root metal Class
  - 根元类（Root metal Class） 继承于 根类（Root class），此时的根类是指NSObject
- 【注意】实例对象之间没有继承关系，类之间有继承关系

isKindOfClass和isMemberOfClass

`isKindOfClass:`

一切皆从调用者obj的isa开始，然后顺着superclass走下去，直到找到cls或superclass为nil结束
当superclass为nil，意味着最后的根类NSObject也不是cls，返回flase。

类调用：

判断顺序： SubClass -> MetaClass->MetaClass->...->RootMetaClass->NSObject

其中， 类对象调用方法的本质 是判断 cls 是不是 元类的继承链 上的任意一个

元类调用：

MetaClass 的 ISA 指向 RootMetaClass ,所以从 RootMetaClass 开始比较判断是不是我们传入的cls，如果不是，再看根类NSObject是不是，如果NSObject也不是，就彻底没有了，返回false，

根元类的父类是NSObject

cls判断顺序如图：MetaClass -> RootMetaClass->NSObject

**对象调用：**cls判断顺序如图所示：object -> SubClass -> SubClass ->...->NSObject

本质是判断 cls 是不是 类继承链 上的任意一个

`isMemberofClass`

不用像isKindOfClass循环直到找到或nil，他只要比较cls是不是我当前的isa指向，是返回true，不是返回false。

这个方法单纯地用来判断，cls是不是调用者的isa ！！

类对象调用：

传入任何类对象都是false，因为类的isa指向元类

元类对象调用：

元类的isa指向根元类NSObjcet，传入任何类对象也都是false

对象调用：

只要判断对象的isa，也就是图中的SubClass是不是我们传入的cls

只判断自己的类对象是不是传入的cls
只接受类对象传入 ，因为没有isa，不存在元类的介入

总结
isMemberOfClass

对象调用：判断对象的isa（类对象）是否等于传入的cls，只判断本类，不查父类。
- 查询链：对象 → isa（类对象）== cls ?
类对象调用：判断类对象的isa（元类）是否等于cls。
- 查询链：类对象 → isa（元类）== cls ?
元类对象调用：判断元类对象的isa（根元类）是否等于cls。
- 查询链：元类对象 → isa（根元类）== cls ?

isKindOfClass

对象调用：判断对象的isa（类对象）是否等于cls，不等则沿superclass链查找父类，直到NSObject或nil。
- 查询链：对象 → isa（类对象）→ superclass → … → NSObject → nil
类对象调用：判断类对象的isa（元类）及其superclass链是否等于cls，最终会查到NSObject。
- 查询链：类对象 → isa（元类）→ superclass（父类元类）→ … → 根元类 → superclass（NSObject类对象）→ nil
元类对象调用：判断元类对象的isa（根元类）及其superclass链是否等于cls，最终会查到NSObject类对象。
- 查询链：元类对象 → isa（根元类）→ superclass（NSObject类对象）→ nil

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