iOS开发小结(二):对象系统基础

迷途d书童 发布于 2012/03/05 15:50
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Jason Lee @ 杭州

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[Outline]

     1. id和Class

     2. 动态地操作类

     3. 实例化


[1. id和Class] --------------------------------------------------

在Objective-C中有一个特别的数据类型作为对象标识符:id,可以指向任何类型的对象。

通过 “可以指向任何类型的对象” 这一描述,猜想id实际上是指向Objective-C对象系统中的基类(继承体系中的祖先结构)的指针,在运行时是指向对象内存布局的基类部分。


第一眼看到id数据类型,我联想到了Python中的PyObject结构:

typedef struct _object {
    int ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;

该数据类型也是Python对象系统中的祖先类型,不过与id相对应的应该是PyObject *类型。


id数据类型是一个指向struct objc_object结构的指针:

typedefstruct objc_class *Class;
typedefstruct objc_object {
    Class isa;
} *id;

更确切地说,id是指向Class类型的指针,而Class又是指向struct objc_class结构的指针:

struct objc_class {
     struct objc_class *isa;

     struct objc_class *super_class; 
     constchar *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;
};

至此,可以看到Objective-C对象系统的基石:struct objc_class结构:

     isa指针:指向该对象所属类型的类型对象(Class Object)。在Objective-C中,类也是用对象来表示的,而类的isa指针指向它的metaclass(存储静态成员变量和类方法)。
     super_class指针:指向父类。
     name:类名称。
     version:类的版本信息。
     info:运行期使用的标志位,比如0x1(CLS_CLASS)表示该类为普通class,0x2(CLS_META)表示该类为     metaclass。
     instance_size:实例大小,即内存所占空间。
     ivars:指向成员变量列表的指针。
     methodLists:根据标志位的不同可能指向不同,比如可能指向实例方法列表,或者指向类方法列表。
     cache:因为Objective-C的消息转发需要查找dispatch table甚至可能需要遍历继承体系,所以缓存最近使用的方法。
     protocols:类需要遵守的协议。

[2. 动态地操作类] --------------------------------------------------

由上知道了类也是一种对象,那么类对象也有一种类型,这种类型就是类的metaclass,因此类方法其实就是metaclass的成员方法,类和metaclass是配套出现的。

那么metaclass的isa指针和super_class指针怎么指向的呢?

如果metaclass对应基类,那么它的isa指向自身、super_class指针指向对应的类(基类);如果不是则isa指针指向基类的metaclass、super_class指针指向父类的metaclass。

基类的isa指针为nil。


这不禁让我又想起了Python中类似的设计思想,比如整型数字2的类型是PyIntObject,而PyIntObject类的类型是PyTypeObject,PyTypeObject的类型是PyTypeObject。最终止于此。

同样地,Python中也有metaclass的存在。


知道了类的表示结构,我们可以动态地对类进行操作,加深理解。

//
//  main.m
//  HelloOC
//
//  Created by Jason Lee on 12-2-17.
//  Copyright (c) 2012年 XXX. All rights reserved.
//

#import <Foundation/Foundation.h>

#import <objc/objc.h>
#import <objc/runtime.h>

void selfIntro(idself, SEL_cmd);

int main (int argc, constchar * argv[])
{
    
    @autoreleasepool {
        //Create class & metaclass as a pair
        Class demoClass = objc_allocateClassPair([NSObjectclass], "NSDemo", 0);
        
        BOOL isOk = NO;
        
        //"v@:" indicates the function type : v - void, @ - object, : - SEL
        //向methodLists指向添加数据
        isOk = class_addMethod(demoClass, @selector(intro), (IMP)&selfIntro, "v@:");
        isOk == YES ? nil : NSLog(@"failed on class_addMethod\n");
        
        //向ivars指向添加数据
        isOk = class_addIvar(demoClass,"myVar", sizeof(id), log2(sizeof(id)), "@"); 
        isOk == YES ? nil : NSLog(@"failed on class_addIvar\n");
        
        objc_registerClassPair(demoClass);
        
        id demo = class_createInstance(demoClass, 0);
        
        if ([demo respondsToSelector:@selector(intro)]) {
            [demo performSelector:@selector(intro)];
        }
        
        object_setInstanceVariable(demo, "myVar", nil);
        void *outValue = (void *)0x1;
        object_getInstanceVariable(demo, "myVar", &outValue);
        if (nil == outValue) {
            NSLog(@"Hello,nil\n");  //printed
        }
        
        object_dispose(demo);
    }
    
    return0;
}

void selfIntro(idself, SEL_cmd) {
    NSLog(@"selfIntro\n");
    
    Class isa = self->isa;  //At first, isa is class NSDemo
    while (1) {
        if (isa == isa->isa) {  //Finally, NSObject's metaclass points to itself
            NSLog(@"%p, %@", isa, objc_getMetaClass(class_getName([isa class])));
            break;
        }
        
        NSLog(@"%p, %@", isa, objc_getMetaClass(class_getName([isa class])));
        isa = isa->isa; //Then, isa is assigned to NSDemo's metaclass
    }
}


[3. 实例化] --------------------------------------------------

要实例化出一个对象,需要根据类的定义来进行。类的定义包括类名称、数据和操作数据的方法。

编译过程,类的信息会被记录下来,供runtime system使用,同时编译器会为每个类创建唯一的一个对象来表示它:class object。如果从功能上说,class object也是factory object,它能够执行类方法,负责创建实例。


从这个角度来看,我在思考class object是否就是metaclass,但是不能确认。

Apple官方文档TOCPL中Class Objects一章有这么一句,“a class object keeps the prototype of a class instance”,但metaclass并不能作为实例原型。

于是我认为class object是运行时class和metaclass结合起来的受限表现,能够访问编译器捕捉下来的类信息,没有成员变量,不能调用成员方法,但是可以执行类方法。

从源码层次来看,class object是由类名来表示,比如下述代码中:

int version = [NSString version];

NSString代表着class object。


首先,class object会被runtime system发送initialize消息进行初始化,让其做好运行时的准备,比如初始化静态变量。

之后,可以调用class object的方法(类方法)alloc来为新的实例对象分配内存空间,将其所有变量初始化为0,isa指针指向所属类。

最后再调用init函数进行必要的初始化。


写到这里的时候,突然要变更办公位置,思路被打断了,就先写到这里。

最后,留一个在SO上面看到的问题,我也疑惑,只能有几分猜测:http://stackoverflow.com/questions/8847146/whats-is-methodlists-attribute-of-the-structure-objc-class-for


原文链接:http://blog.csdn.net/jasonblog/article/details/7268343
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