在微博上分享了他们技术讨论会关于objc runtime的讨论习题内容，习题来自 sunnyxx(博客)。以下是习题内容(图片转自@唐巧_boy微博):
自己做完这些题之后，也顺便复习了一些Objective－C Runtime的知识，现在整理一下，分享给大家。
该笔记分为四篇：
刨根问底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super
刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Class
刨根问底Objective－C Runtime（3）－ 消息和Category
刨根问底Objective－C Runtime（4）- 成员变量与属性
刨根问底Objective－C Runtime（1）－ Self & Super
下面的代码输出什么？
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@implementation Son : Father
- (id)init
{
self = [
super
init];
if
(self)
{
NSLog(@
"%@"
, NSStringFromClass([self class]));
NSLog(@
"%@"
, NSStringFromClass([
super
class]));
}
return
self;
}
@end
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答案：都输出 Son
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2014-11-05 11:06:18.060 Test[8566:568584] NSStringFromClass([self class]) = Son
2014-11-05 11:06:18.061 Test[8566:568584] NSStringFromClass([
super
class]) = Son
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解惑：这个题目主要是考察关于objc中对 self 和 super 的理解。
self 是类的隐藏参数，指向当前调用方法的这个类的实例。而 super 是一个 Magic Keyword， 它本质是一个编译器标示符，和 self 是指向的同一个消息接受者。上面的例子不管调用[self class]还是[super class]，接受消息的对象都是当前 Son ＊xxx 这个对象。而不同的是，super是告诉编译器，调用 class 这个方法时，要去父类的方法，而不是本类里的。
当使用 self 调用方法时，会从当前类的方法列表中开始找，如果没有，就从父类中再找；而当使用 super 时，则从父类的方法列表中开始找。然后调用父类的这个方法。
真的是这样吗？继续看：
使用clang重写命令:
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$ clang -rewrite-objc test.m
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发现上述代码被转化为:
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NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_0, NSStringFromClass(((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName(
"class"
))));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_gm_0jk35cwn1d3326x0061qym280000gn_T_main_a5cecc_mi_1, NSStringFromClass(((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){ (id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass(
"Son"
)) }, sel_registerName(
"class"
))));
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从上面的代码中，我们可以发现在调用 [self class] 时，会转化成 objc_msgSend函数。看下函数定义：
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id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
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我们把 self 做为第一个参数传递进去。
而在调用 [super class]时，会转化成 objc_msgSendSuper函数。看下函数定义:
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id objc_msgSendSuper(struct objc_super *
super
, SEL op, ...)
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第一个参数是 objc_super 这样一个结构体，其定义如下:
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struct objc_super {
__unsafe_unretained id receiver;
__unsafe_unretained Class super_class;
};
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结构体有两个成员，第一个成员是 receiver, 类似于上面的 objc_msgSend函数第一个参数self 。第二个成员是记录当前类的父类是什么。
所以，当调用 ［self class] 时，实际先调用的是 objc_msgSend函数，第一个参数是 Son当前的这个实例，然后在 Son 这个类里面去找 - (Class)class这个方法，没有，去父类 Father里找，也没有，最后在 NSObject类中发现这个方法。而 - (Class)class的实现就是返回self的类别，故上述输出结果为 Son。
objc Runtime开源代码对- (Class)class方法的实现:
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- (Class)class {
return
object_getClass(self);
}
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而当调用 [super class]时，会转换成objc_msgSendSuper函数。第一步先构造 objc_super 结构体，结构体第一个成员就是 self 。第二个成员是 (id)class_getSuperclass(objc_getClass(“Son”)) , 实际该函数输出结果为 Father。第二步是去 Father这个类里去找- (Class)class，没有，然后去NSObject类去找，找到了。最后内部是使用 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))去调用，此时已经和[self class]调用相同了，故上述输出结果仍然返回 Son。
刨根问底Objective－C Runtime（2）－ Object & Class & Meta Clas
本篇笔记主要是讲述objc runtime中关于Object & Class & Meta Class的细节。
习题内容
下面代码的运行结果是?
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@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;
}
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运行结果为：
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2014-11-05 14:45:08.474 Test[9412:721945] 1 0 0 0
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这里先看几个概念
什么是 id
id 在 objc.h 中定义如下:
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/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
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就像注释中所说的这样 id 是指向一个 objc_object 结构体的指针。
id 这个struct的定义本身就带了一个 *, 所以我们在使用其他NSObject类型的实例时需要在前面加上 *， 而使用 id 时却不用。
那么objc_object又是什么呢
objc_object 在 objc.h 中定义如下:
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/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class isa;
};
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这个时候我们知道Objective-C中的object在最后会被转换成C的结构体，而在这个struct中有一个 isa 指针，指向它的类别 Class。
那么什么是Class呢
在 objc.h 中定义如下:
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/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;
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我们可以看到 Class本身指向的也是一个C的struct objc_class。
继续看在runtime.h中objc_class定义如下:
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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;
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该结构体中，isa 指向所属Class， super_class指向父类别。
继续看
下载objc源代码，在 objc-runtime-new.h 中，我们发现 objc_class有如下定义:
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struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
...
...
}
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豁然开朗，我们看到在Objective-C的设计哲学中，一切都是对象。Class在设计中本身也是一个对象。而这个Class对象的对应的类，我们叫它 Meta Class。即Class结构体中的 isa 指向的就是它的 Meta Class。
Meta Class
根据上面的描述，我们可以把Meta Class理解为 一个Class对象的Class。简单的说：
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当我们发送一个消息给一个NSObject对象时，这条消息会在对象的类的方法列表里查找
当我们发送一个消息给一个类时，这条消息会在类的Meta Class的方法列表里查找
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而 Meta Class本身也是一个Class，它跟其他Class一样也有自己的 isa 和 super_class 指针。看下图：
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每个Class都有一个isa指针指向一个唯一的Meta Class
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每一个Meta Class的isa指针都指向最上层的Meta Class（图中的NSObject的Meta Class）
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最上层的Meta Class的isa指针指向自己，形成一个回路
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每一个Meta Class的super class指针指向它原本Class的 Super Class的Meta Class。但是最上层的Meta Class的 Super Class指向NSObject Class本身
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最上层的NSObject Class的super class指向 nil
解惑
为了更加清楚的知道整个函数调用过程，我们使用clang -rewrite-objc main.m重写，可获得如下代码：
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BOOL res1 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"NSObject"
), sel_registerName(
"class"
)), sel_registerName(
"isKindOfClass:"
), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"NSObject"
), sel_registerName(
"class"
)));
BOOL res2 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"NSObject"
), sel_registerName(
"class"
)), sel_registerName(
"isMemberOfClass:"
), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"NSObject"
), sel_registerName(
"class"
)));
BOOL res3 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"Sark"
), sel_registerName(
"class"
)), sel_registerName(
"isMemberOfClass:"
), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"NSObject"
), sel_registerName(
"class"
)));
BOOL res4 = ((BOOL (*)(id, SEL, Class))(void *)objc_msgSend)((id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"Sark"
), sel_registerName(
"class"
)), sel_registerName(
"isMemberOfClass:"
), ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass(
"NSObject"
), sel_registerName(
"class"
)));
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先看前两个调用：
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最外层是 objc_msgSend函数，转发消息。
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函数第一个参数是 (id)((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))
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函数第二个参数是转发的selector
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函数第三个参数是 ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("class"))
我们注意到第一个参数和第三个参数对应重写的是[NSObject class]，即使用objc_msgSend向 NSObject Class 发送 @selector(class) 这个消息
打开objc源代码，在 Object.mm 中发现+ (Class)class实现如下:
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+ (Class)class {
return
self;
}
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所以即返回Class类的对象本身。看如下输出:
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NSLog(@
"%p"
, [NSObject class]);
NSLog(@
"%p"
, [NSObject class]);
2014-11-05 18:48:30.939 Test[11682:865988] 0x7fff768d40f0
2014-11-05 18:48:30.940 Test[11682:865988] 0x7fff768d40f0
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继续打开objc源代码，在 Object.mm 中，我们发现 isKindOfClass的实现如下:
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- (BOOL)isKindOf:aClass
{
Class cls;
for
(cls = isa; cls; cls = cls->superclass)
if
(cls == (Class)aClass)
return
YES;
return
NO;
}
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对着上面Meta Class的图和实现，我们可以看出
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当 NSObject Class对象第一次进行比较时，得到它的isa为 NSObject的Meta Class， 这个时候 NSObject Meta Class 和 NSObject Class不相等。
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然后取NSObject 的Meta Class 的Super class，这个时候又变成了 NSObject Class， 所以返回相等。
所以上述第一个输出结果是 YES 。
我们在看下 ‘isMemberOfClass’的实现:
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- (BOOL)isMemberOf:aClass
{
return
isa == (Class)aClass;
}
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综上所述，当前的 isa 指向 NSObject 的 Meta Class， 所以和 NSObject Class不相等。
所以上述第二个输出结果为 NO 。
继续看后面两个调用:
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Sark Class 的isa指向的是 Sark的Meta Class，和Sark Class不相等
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Sark Meta Class的super class 指向的是 NSObject Meta Class， 和 Sark Class不相等
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NSObject Meta Class的 super class 指向 NSObject Class，和 Sark Class 不相等
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NSObject Class 的super class 指向 nil， 和 Sark Class不相等
所以后面两个调用的结果都输出为 NO 。