iOS：弄懂OC中的类与元类

首先，来看看什么是类。类在OC中其实是一个指向objc_class的结构体指针，结构体的构造为：

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
        Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
        #if !__OBJC2__
        Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父类
        const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类名
        long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类的版本信息，默认为0
        long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 类信息，供运行期使用的一些位标识
        long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的实例变量大小
        struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 该类的成员变量列表
        struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定义的列表
        struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法缓存
        struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 协议链表
        #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

OC中对象的定义是这样的：

typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

每个对象都有一个类，在Objective-C中，对象的类是isa指针决定的，即 isa 指针指向对象所属的类。
OC对象有一个大家都熟悉的特性：消息发送机制

[@"stringTest" stringByAppendingString:@"text"];

原理是OC对象在发送消息时，运行时库会追寻着对象的isa指针得到对象所属的类（这儿是NSString类）。这个类包含了能应用于这个类的所有实例方法以及指向父类的指针，以便可以找到父类的实例方法。运行时库检查这个类和其父类的方法列表，找到与消息对应的方法（在上面的代码里，是NSString类的stringByAppendingString:方法）。编译器会将消息转换为消息函数objc_msgSend进行调用。
我们平时在写代码时也会对类发送消息：

NSString *testString = [NSString stringWithFormat:@"%d,%s",3, "test"];

从这里可以知道，OC的类其实也是一个对象，一个对象就要有一个它属于的类，意味着类也要有一个 isa 指针，指向他所属的类。那么类的isa指针指向谁呢？就是我们所说的元类 (MetaClass) 。所以，元类就是类所属的类。从消息机制的层面来说：

当你给对象发送消息时，消息是在寻找这个对象的类的方法列表。
当你给类发消息时，消息是在寻找这个类的元类的方法列表。

既然元类是个类，和之前的类一样也是一个对象，那元类的类是什么呢？
所有的元类都使用根元类作为他们的类。这就意味着所有NSObject的子类（大多数类）的元类都会以NSObject的元类作为他们的类，根元类的 isa 指针指向了它自己：

image.png

当我们运行时创建类时：

Class newClass  = objc_allocateClassPair([NSError class], "RuntimeErrorSubclass", 0);
class_addMethod(newClass, @selector(report), (IMP)ReportFunction, "v@:");
objc_registerClassPair(newClass);

上面的代码创建了一个NSError的子类，我们可以看到创建函数objc_allocateClassPair() 只有一个返回值，返回一个类，但是注意它的名称ClassPair，应该是一对才符合函数名所表达的意思啊，一个作为返回值了，那另一个呢？没错，另一个就是元类。这也体现了OC可以在运行时创建类的强大之处。