OC中的实例、类、元类、分类和类扩展

一、 OC的实例

实例或者说是对象实例本质是一个结构体：

typedef struct objc_object {
 Class isa;
} *id;

而每一个对象都有一个类，而对象中的isa指针，指向对象所属的类。
*id是一个objc_object结构类型的指针。该类型的对象可以转换为任何一种对象，类似于C语言中void 指针类型的作用（objc.h）。id 类型是iOS中一种特殊的动态数据类型

二、类

OC中的类也是对象，类的本质是结构体。类对象是由程序员定义并在运行时由编译器创建的，它没有自己的实例变量，这里需要注意的是类的成员变量和实例方法列表是属于实例对象的，但其存储于类对象当中的。
OC中objc_class结构体是继承自objc_object的。

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;

结构体中：类的isa指针指向其所属的类，即元类。

super_class为该类所继承的父类对象，如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy), 则 super_class为NULL。
info为运行期使用的一些位标识，比如:CLS_CLASS (0x1L)表示该类为普通类, CLS_META (0x2L)则表示该类为元类。
methodLists用来存放方法列表，根据info中的标识信息，当该类为普通类时，存储的方法为实例方法；如果是元类则存储的类方法。
cache用于缓存最近使用的方法。系统在调用方法时会先去cache中查找，在没有查找到时才会去methodLists中遍历获取需要的方法。

三、元类

元类是描述类对象的类，每个类都有自己的元类。类对象objc_class中的isa指向元类。元类中存储类对象调用的方法，即类对象方法列表。元类的结构体也是struct objc_class。

四、分类category

分类的本质是category_t的结构体

typedef struct category_t {
    const char *name;                                 // 类名
    classref_t cls;                                   // 类
    struct method_list_t *instanceMethods;            // category中所有给类添加的实例方法的列表
    struct method_list_t *classMethods;               // category中所有添加的类方法的列表
    struct protocol_list_t *protocols;                // category实现的所有协议的列表
    struct property_list_t *instanceProperties;       // category中添加的所有属性列表
} category_t;

category被附加到类上面是在map_images的时候发生的，在new-ABI的标准下，_objc_init里面的调用的map_images最终会调用objc-runtime-new.mm里面的_read_images方法
1)、把category的实例方法、协议以及属性添加到类上
2)、把category的类方法和协议添加到类的metaclass上

五、分类和类扩展

1、类扩展可以增加方法和变量
2、类扩展的方法不实现，编译器会报警。但是分类的方法不被实现编译器是不会有警告的。这是因为类扩展是在编译阶段被添加到类中的，类别是在运行时被添加到类中的。
3、类扩展没有独立的实现部分（@implementation部分）
4、定义在.m文件中的类扩展方法是私有的

六、元类的本质

Objective-C 中的类也是对象，它也是某个类的实例，这个类我们称之为元类（metaclass）。
因此，我们也可以通过调用类方法，比如 [NSObject new]，给类对象发送消息。同样的，类对象能否响应这个消息也要通过 isa 找到类对象所属的类（元类）才能知道。也就是说，实例方法是保存在类中的，而类方法是保存在元类中的。

那元类也是对象吗？是的话那它又是什么类的实例呢？是的，没错，元类也是对象（元类对象），元类也是某个类的实例，这个类我们称之为根元类（root metaclass）。不过，有一点比较特殊，那就是所有的元类所属的类都是同一个根元类（当然根元类也是元类，所以它所属的类也是根元类，即它本身）。根元类指的就是根类的元类，具体来说就是根类 NSObject 对应的元类。

因此，理论上我们也可以给元类发送消息，但是 Objective-C 倾向于隐藏元类，不想让大家知道元类的存在。元类是为了保持 Objective-C 对象模型在设计上的完整性而引入的，比如用来保存类方法等，它主要是用来给编译器使用的。

总结：
所以实例对象的结构体指针isa指向其类对象，类对象的结构体指针isa指向其元类对象。
类对象的superClass指向其父类，如果该类为根类则superClass值为nil。
元类的isa指针指向根元类，如果该元类为根元类则元类的isa指针指向其自身。
元类的supreClass指向父元类，如根元类则指向该根类