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objc_class結構體類在OC中是objc_class的結構體指針 typedef struct objc_class *Class; 在objc/runtime.h中objc_class結構體的定義如下：下麵我們來看一下objc_class的定義，我們在使用runtime以class為首碼 ...

objc_class結構體

類在OC中是objc_class的結構體指針

typedef struct objc_class *Class;

在objc/runtime.h中objc_class結構體的定義如下：

struct objc_class {

        Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;


        #if !__OBJC2__

        Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父類

        const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類名

        long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類的版本信息，預設為0

        long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類信息，供運行期使用的一些位標識

        long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的實例變數大小

        struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的成員變數鏈表

        struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定義的鏈表

        struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法緩存

        struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 協議鏈表

        #endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

下麵我們來看一下objc_class的定義，我們在使用runtime以class為首碼的方法時主要就是針對這個結構體中的各個欄位的。

指向元類的指針(isa)

在OC中所有的類其實也是一個對象，那麼這個對象也會有一個所屬的類，這個類就是元類也就是結構體裡面isa指針所指的類。

那什麼是元類呢？
元類的定義：元類就是類對象的類。每個類都有自己的元類，因為每個類都有自己獨一無二的方法。

簡單點說就是：

當你給對象發送消息時，消息是在尋找這個對象的類的方法列表。（實例方法）
當你給類發消息時，消息是在尋找這個類的元類的方法列表。（類方法）

那元類的類是什麼呢？
元類，就像之前的類一樣，它也是一個對象。你也可以調用它的方法。自然的，這就意味著他必須也有一個類。

所有的元類都使用根元類（繼承體系中處於頂端的類的元類）作為他們的類。這就意味著所有NSObject的子類（大多數類）的元類都會以NSObject的元類作為他們的類

根據這個規則，所有的元類使用根元類作為他們的類，根元類的元類則就是它自己。也就是說基類的元類的isa指針指向他自己。

這裡有一副圖可以很好的展現這些關係：

runtime方法

// 判斷給定的Class是否是一個元類
BOOL class_isMetaClass ( Class cls );

class_isMetaClass函數，如果是cls是元類，則返回YES；如果否或者傳入的cls為Nil，則返回NO。

指向父類的指針(super_class)

指向該類的父類，如果該類已經是最頂層的根類(如NSObject或NSProxy)，則super_class為NULL。

// 獲取類的父類
Class class_getSuperclass ( Class cls );

class_getSuperclass函數，當cls為Nil或者cls為根類時，返回Nil。不過通常我們可以使用NSObject類的superclass方法來達到同樣的目的。

類名(name)

// 獲取類的類名
const char * class_getName ( Class cls );

對於class_getName函數，如果傳入的cls為Nil，則返回一個字字元串。

版本(version)

版本相關的操作包含以下函數：

// 獲取版本號
int class_getVersion ( Class cls );
// 設置版本號
void class_setVersion ( Class cls, int version );

實例變數大小(instance_size)

// 獲取實例大小
size_t class_getInstanceSize ( Class cls );

成員變數(ivars)及屬性

在objc_class中，所有的成員變數、屬性的信息是放在鏈表ivars中的。ivars是一個數組，數組中每個元素是指向Ivar(變數信息)的指針。runtime提供了豐富的函數來操作這一欄位。大體上可以分為以下幾類：

1.成員變數操作函數，主要包含以下函數：

// 獲取類中指定名稱實例成員變數的信息
Ivar class_getInstanceVariable ( Class cls, const char *name );

// 獲取類成員變數的信息
Ivar class_getClassVariable ( Class cls, const char *name );

// 添加成員變數
BOOL class_addIvar ( Class cls, const char *name, size_t size, uint8_t alignment, const char *types );

// 獲取整個成員變數列表
Ivar * class_copyIvarList ( Class cls, unsigned int *outCount );

class_getInstanceVariable函數，它返回一個指向包含name指定的成員變數信息的objc_ivar結構體的指針(Ivar)。

class_getClassVariable函數，目前沒有找到關於Objective-C中類變數的信息，一般認為Objective-C不支持類變數。註意，返回的列表不包含父類的成員變數和屬性。

Objective-C不支持往已存在的類中添加實例變數，因此不管是系統庫提供的提供的類，還是我們自定義的類，都無法動態添加成員變數。但如果我們通過運行時來創建一個類的話，又應該如何給它添加成員變數呢？這時我們就可以使用class_addIvar函數了。不過需要註意的是，這個方法只能在objc_allocateClassPair函數與objc_registerClassPair之間調用。另外，這個類也不能是元類。成員變數的按位元組最小對齊量是1<<alignment。這取決於ivar的類型和機器的架構。如果變數的類型是指針類型，則傳遞log2(sizeof(pointer_type))。

class_copyIvarList函數，它返回一個指向成員變數信息的數組，數組中每個元素是指向該成員變數信息的objc_ivar結構體的指針。這個數組不包含在父類中聲明的變數。outCount指針返回數組的大小。需要註意的是，我們必須使用free()來釋放這個數組。

2.屬性操作函數，主要包含以下函數：

// 獲取指定的屬性
objc_property_t class_getProperty ( Class cls, const char *name );


// 獲取屬性列表
objc_property_t * class_copyPropertyList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 為類添加屬性
BOOL class_addProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

// 替換類的屬性
void class_replaceProperty ( Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount );

這一種方法也是針對ivars來操作，不過只操作那些是屬性的值。

方法(methodLists)

objc_method_list方法鏈表中存放的是該類的成員方法(-方法)，類方法(+方法)存在meta-class的objc_method_list鏈表中。

方法操作主要有以下函數：

// 添加方法
BOOL class_addMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 獲取實例方法
Method class_getInstanceMethod ( Class cls, SEL name );

// 獲取類方法
Method class_getClassMethod ( Class cls, SEL name );

// 獲取所有方法的數組
Method * class_copyMethodList ( Class cls, unsigned int *outCount );

// 替代方法的實現
IMP class_replaceMethod ( Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types );

// 返回方法的具體實現
IMP class_getMethodImplementation ( Class cls, SEL name );

IMP class_getMethodImplementation_stret ( Class cls, SEL name );

// 類實例是否響應指定的selector
BOOL class_respondsToSelector ( Class cls, SEL sel );

class_addMethod的實現會覆蓋父類的方法實現，但不會取代本類中已存在的實現，如果本類中包含一個同名的實現，則函數會返回NO。如果要修改已存在實現，可以使用method_setImplementation。一個Objective-C方法是一個簡單的C函數，它至少包含兩個參數—self和_cmd。所以，我們的實現函數(IMP參數指向的函數)至少需要兩個參數，如下所示：

void myMethodIMP(id self, SEL _cmd)
{
// implementation ....
}

與成員變數不同的是，我們可以為類動態添加方法，不管這個類是否已存在。

另外，參數types是一個描述傳遞給方法的參數類型的字元數組，這就涉及到類型編碼，我們將在後面介紹。

這裡我們的void的前面沒有+、-號，因為只是C的代碼。

class_getInstanceMethod、class_getClassMethod函數，與class_copyMethodList不同的是，這兩個函數都會去搜索父類的實現。

class_copyMethodList函數，返回包含所有實例方法的數組，如果需要獲取類方法，則可以使用class_copyMethodList(object_getClass(cls), &count)(一個類的實例方法是定義在元類裡面)。該列表不包含父類實現的方法。outCount參數返回方法的個數。在獲取到列表後，我們需要使用free()方法來釋放它。

class_replaceMethod函數，該函數的行為可以分為兩種：如果類中不存在name指定的方法，則類似於class_addMethod函數一樣會添加方法；如果類中已存在name指定的方法，則類似於method_setImplementation一樣替代原方法的實現。

class_getMethodImplementation函數，該函數在向類實例發送消息時會被調用，並返回一個指向方法實現函數的指針。這個函數會比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函數指針可能是一個指向runtime內部的函數，而不一定是方法的實際實現。例如，如果類實例無法響應selector，則返回的函數指針將是運行時消息轉發機制的一部分。

class_respondsToSelector函數，我們通常使用NSObject類的respondsToSelector:或instancesRespondToSelector:方法來達到相同目的。

緩存(cache)

用於緩存最近使用的方法。一個接收者對象接收到一個消息時，它會根據isa指針去查找能夠響應這個消息的對象。在實際使用中，這個對象只有一部分方法是常用的，很多方法其實很少用或者根本用不上。這種情況下，如果每次消息來時，我們都是methodLists中遍歷一遍，性能勢必很差。這時，cache就派上用場了。在我們每次調用過一個方法後，這個方法就會被緩存到cache列表中，下次調用的時候runtime就會優先去cache中查找，如果cache沒有，才去methodLists中查找方法。這樣，對於那些經常用到的方法的調用，提高了調用的效率。

協議(objc_protocol_list)

協議相關的操作包含以下函數：

// 添加協議
BOOL class_addProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 返回類是否實現指定的協議
BOOL class_conformsToProtocol ( Class cls, Protocol *protocol );

// 返回類實現的協議列表
Protocol * class_copyProtocolList ( Class cls, unsigned int *outCount );

class_conformsToProtocol函數可以使用NSObject類的conformsToProtocol:方法來替代。

class_copyProtocolList函數返回的是一個數組，在使用後我們需要使用free()手動釋放。

objc_class結構體的應用

沒有實際應用的知識講解都是耍流氓

@property的本質

這裡有一個孫源的面試題是：@property 的本質是什麼？ivar、getter、setter 是如何生成並添加到這個類中的。

簡單點說就是：@property = ivar + getter + setter;

也就是生成實例變數及對應的存取方法。

詳細的回答請看面試題第六題。

那這跟我們這裡所講的objc_class結構體有什麼關係呢？

因為@property對應的ivar、getter和setter都會對應添加到我們結構體中的ivar_list、method_list中。也就是說我們每次增加一個屬性，系統都會在ivar_list添加一個成員變數的描述,在 method_list 中增加 setter 與 getter 方法的描述。

其他Runtime結構體

objc_object結構體

除了類有對應的結構體，對象也有對應的結構體。

typedef struct objc_object *id;

id就是指向對象對應的結構體。對象的結構體只有 isa 指針，指向它所屬的類。而類的結構體也有 isa 指針指向它的元類。

所以在OC中objc_class 結構體是繼承自 objc_object:

struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

struct objc_class : objc_object {
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }
};

Category結構體

Category的定義如下：

typedef struct objc_category *Category;

Category是一個objc_category結構體的指針，objc_category的定義如下：

struct objc_category {
    char *category_name                                      OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *class_name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list *instance_methods                OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list *class_methods                   OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

通過上面的結構體，大家可以很清楚的看出存儲的內容。我們繼續往下看，打開objc源代碼，在 objc-runtime-new.h中我們可以發現如下定義:

struct category_t {
    const char *name;
    classref_t cls;
    struct method_list_t *instanceMethods;
    struct method_list_t *classMethods;
    struct protocol_list_t *protocols;
    struct property_list_t *instanceProperties;
};

上面的定義需要提到的地方有三點:

name 是指 class_name 而不是 category_name

cls是要擴展的類對象，編譯期間是不會定義的，而是在Runtime階段通過name對應到對應的類對象

instanceProperties表示Category里所有的properties，這就是我們可以通過objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加實例變數的原因，不過這個和一般的實例變數是不一樣的

作者：齊滇大聖

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來源：簡書