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Objective-C类之关系

本文为CocoaChina网友fiifii999投稿

1、NSObject是所有类的根类

我们知道，Objective-C是面向对象的语言，不论你使用任何类，比如NSString、UIView、 NSWindowController、UIViewController、NSViewController……，也就是不论是基于macOS的 Cocoa类库，还是基于iOS的Cocoa Touch类库，还是Fundation库，它们所有的类都会指向NSObject这个根类（root class），如同道家所说的一生二，二生三，三生万物，这个NSObject就是一，所有类的起源。同时，根类/父类拥有的特性也会由子类继承下去。

比如iOS中的UIButton，类的继承关系如下：

Objective-C类之关系

更详细的类继承关系，参看下图。

先来看Fundation库，Fundation是支撑iOS和macOS的基础库，其中蓝色部分的是iOS才支持的，macOS全部支持（本来iOS就是从Mac OSX改过来的，OSX现在更名为macOS）

Objective-C类之关系

2、NSProxy也是一个根类

当然，OC里还有一个根类，就是NSProxy，有且仅有这两个，但是这个NSProxy很少使用，尤其是在iOS的Cocoa Touch中从未使用过，官方描述：

Note: The Foundation framework defines another root class, NSProxy, but this class is rarely used in Cocoa applications and never in Cocoa Touch applications.

NSProxy不是本文重点，暂不细说，有兴趣的可以看官方文档。

3、判断类的关系

判断一个类的实例是不是某类的子类或就是某类，使用isKindOfClass。

假如类B继承于类A，如下：

Objective-C类之关系

B *objB = [[B alloc] init];
 
BOOL rev = [objB inKindOfClass:[A class]]; //判断实例对象objB是否是类A的子类或就是类A
//如果rev=YES则表示实例对象objB是类A的子类或类A
BOOL rev = [objB isMemberOfClass:[A class]]; //判断实例对象objB是否是类A，结果rev=NO
BOOL rev = [objB isMemberOfClass:[B class]]; //判断实例对象objB是否是类B，结果rev=YES
//isSubclassOfClass等同于inKindOfClass，是判断一个类是否是某类的子类或就是某类，但它是类方法，适用于类间判断
BOOL rev = [B isSubclassOfClass:[A class]]; //判断类B是否是类A的子类或就是类A，结果rev=YES
BOOL rev = [B isSubclassOfClass:[B class]]; //判断类B是否是类A的子类或就是类A，结果rev=YES
BOOL rev = [A isSubclassOfClass:[B class]]; //判断类A是否是类B的子类或就是类A，结果rev=NO

	A（类A）	结果
B（类B）	[B isSubclassOfClass:[A class]];	YES
objB（类B的实例）	[objB inKindOfClass:[A class]];	YES
objB（类B的实例）	[objB isMemberOfClass:[A class]];	NO

要讲类和元类，就得先说OC的动态性、消息机制、以及类的结构、类的isa指针、方法列表等。

我们知道，Objective-C是一门面向对象的动态语言，动态是最重要也是其区别于其他面向对象语言最有特色的一面，与C++/JAVA这些静态编译语言不同的是，OC的函数/方法不是在静态编译阶段就确定地址的，而是在运行时（Runtime）通过消息机制（objc_msgSend）来实时确定并调用的。

比如，平常OC开发中，调用类A实例clsA的一个方法，如[clsA doSomething]; 其实会被runtime转换为objc_msgSend(receiver, selector)进行执行，即objc_msgSend([clsA class], @selector(doSomething))。

如果有参数，则是objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)。

也就是说，对一个方法的调用，其实就是runtime执行消息发送，那runtime怎么知道发给谁，那个目标方法又在哪呢？这就需要我们了解下Objective-C中一个类是怎么定义的，类结构怎样的。

我们在任意一个类上按cmd键+鼠标左键点击进去，就可以看到这个类的定义，如果我们不断这样溯源这个类的父类一直到根类，也就是前面我们说的NSObject，我们可以看到如下定义：

@interface NSObject  {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

再点Class进去看Class的定义，其实就是C结构的别名：

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
  
struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY; //指向类或元类地址
  
#if !__OBJC2__
    Class super_class                      OBJC2_UNAVAILABLE; //指向父类地址
    const charchar *name                   OBJC2_UNAVAILABLE; //类名
    long version                           OBJC2_UNAVAILABLE; //类版本
    long info                              OBJC2_UNAVAILABLE; //信息
    long instance_size                     OBJC2_UNAVAILABLE; //实例的大小
    struct objc_ivar_list *ivars        OBJC2_UNAVAILABLE; //成员变量列表
    struct objc_method_list **methodLists  OBJC2_UNAVAILABLE; //方法列表
    struct objc_cache *cache               OBJC2_UNAVAILABLE; //缓存
    struct objc_protocol_list *protocols   OBJC2_UNAVAILABLE; //协议列表
#endif
  
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

由定义我们知道几点：

每个Objective-C的类都有一个Class isa的成员变量，这个isa指向其类或它的元类地址；
如果这个类有父类，则super_class就会记录父类的地址；
每个类都会在objc_ivar_list中记录其所有成员变量的地址；
每个类都会在objc_method_list中记录其所有方法的地址；
每个类都会在objc_protocol_list中记录其所有协议的地址；

那么，元类是什么，元类就是每一个我们看得见的类的背后如影随形的一个类，它会记录这个类的所有的类方法（即静态方法）等一些内容。我们平时创建一个类，其实同时也会创建这个元类，只是这个元类是工作于runtime底层的，对上层应用开发者来说，不用管也不用操心。

实例对象、类、元类、根类之间的isa指向关系如下：

Objective-C类之关系

小结：

isa指向顺序是：实例变量isa --> 类--> 类的元类 --> NSObject的元类

任何一个类的元类的isa都会指向根类NSObject的元类。

根类NSObject的isa指向自己。表示到头了。

4、子类、父类、根类、元类

子类、父类、根类、元类之间是什么样的关系呢？再加上一个类的实例变量，貌似这一大家子够热闹的，怎么扯清他们之间的关系呢，我们写个代码例子来看看。

新建3个类，Test类，Test2类，Test3类，其继承关系为：NSObject --> Test类--> Test2类 --> Test3类

@interface Test : NSObject
@interface Test2 : Test
@interface Test3 : Test2

引入头文件：

#import #import "Test.h"
#import "Test2.h"
#import "Test3.h"

写下如下测试方法：

- (void)testClassRelation {
  
    // Test
    NSLog(@"--------- Test -----------");
    Test *intanceT = [[Test alloc] init];
    Class a_currentClass = object_getClass(intanceT);
    for (int i=1; i<=4; i++) {
        BOOL isMetaClass = class_isMetaClass(a_currentClass);
        NSLog(@"Test类isa指针第%d次是%p, 类名是%@, 是否是元类=%d, 父类指针是%p", i, a_currentClass, NSStringFromClass(a_currentClass), isMetaClass, [a_currentClass superclass]);
        a_currentClass = object_getClass(a_currentClass);
    }
  
    // Test2
    NSLog(@"--------- Test2 -----------");
    Test2 *intanceT2 = [[Test2 alloc] init];
    Class b_currentClass = object_getClass(intanceT2);
    for (int i=1; i<=4; i++) {
        BOOL isMetaClass = class_isMetaClass(b_currentClass);
        NSLog(@"Test2类isa指针第%d次是%p, 类名是%@, 是否是元类=%d, 父类指针是%p", i, b_currentClass, NSStringFromClass(b_currentClass), isMetaClass, [b_currentClass superclass]);
        b_currentClass = object_getClass(b_currentClass);
    }
  
    // Test3
    NSLog(@"--------- Test3 -----------");
    Test3 *intanceT3 = [[Test3 alloc] init];
    Class c_currentClass = object_getClass(intanceT3);
    for (int i=1; i<=4; i++) {
        BOOL isMetaClass = class_isMetaClass(c_currentClass);
        NSLog(@"Test3类isa指针第%d次是%p, 类名是%@, 是否是元类=%d, 父类指针是%p", i, c_currentClass, NSStringFromClass(c_currentClass), isMetaClass, [c_currentClass superclass]);
        c_currentClass = object_getClass(c_currentClass);
    }
  
    // NSObject
    NSLog(@"--------- NSObject -----------");
    NSLog(@"NSObject类的指针是%p", [NSObject class]);  
    NSLog(@"NSObject元类的指针是%p", object_getClass([NSObject class]));  
  
}

运行代码后，执行结果如下：

--------- Test -----------
Test类isa指针第1次是0x10477d6e0, 类名是Test, 是否是元类=0, 父类指针是0x104fd9170
Test类isa指针第2次是0x10477d6b8, 类名是Test, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9198
Test类isa指针第3次是0x104fd9198, 类名是NSObject, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9170
Test类isa指针第4次是0x104fd9198, 类名是NSObject, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9170
--------- Test2 -----------
Test2类isa指针第1次是0x10477d7d0, 类名是Test2, 是否是元类=0, 父类指针是0x10477d6e0
Test2类isa指针第2次是0x10477d7a8, 类名是Test2, 是否是元类=1, 父类指针是0x10477d6b8
Test2类isa指针第3次是0x104fd9198, 类名是NSObject, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9170
Test2类isa指针第4次是0x104fd9198, 类名是NSObject, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9170
--------- Test3 -----------
Test3类isa指针第1次是0x10477d780, 类名是Test3, 是否是元类=0, 父类指针是0x10477d7d0
Test3类isa指针第2次是0x10477d758, 类名是Test3, 是否是元类=1, 父类指针是0x10477d7a8
Test3类isa指针第3次是0x104fd9198, 类名是NSObject, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9170
Test3类isa指针第4次是0x104fd9198, 类名是NSObject, 是否是元类=1, 父类指针是0x104fd9170
--------- NSObject -----------
NSObject类的指针是0x104fd9170
NSObject元类的指针是0x104fd9198

在面向对象的Objective-C语言中，类的实例变量是对象（实例对象）；类也是对象（类对象）；类的元类也是对象（元类对象）。

从打印结果和比对指针地址来看，我们可以看到：

Test1 / Test2 / Test3 各自的实例变量的isa指针第1次都指向各自的类对象的地址，即intanceT指向了Test类对象的地址0x10477d6e0；intanceT2指向了Test2类对象的地址0x10477d7d0；intanceT3指向了Test3类对象的地址0x10477d780。
Test1 / Test2 / Test3 各自的实例变量的isa指针第2次都指向各自的类对象的元类地址，即intanceT指向了Test类的元类对象地址0x10477d6b8；intanceT2指向了Test2类的元类对象的地址0x10477d7a8；intanceT3指向了Test3类元类对象的地址0x10477d758。
Test1 / Test2 / Test3 各自的实例变量的isa指针第3次都指向了NSObject的元类对象地址，即intanceT、intanceT2、intanceT3第3次都指向了NSObject元类对象的地址0x104fd9198。
Test1 / Test2 / Test3 各自的实例变量的isa指针第4次重复了第3次的结果，如果循环7次、8次、100次，从第4次开始都是和第3次结果是一样的，说明isa指针从第3次开始，即到了NSObject元类后就指向了自己，进入闭环。

也就是说不管一个类继承了多少次，和根类NSObject隔了多少层，纵是千秋万代，但最后一个X代孙子的isa到祖爷爷（根类NSObject的）的距离始终只有3层，也就是：