剖析 Objective-C 底层类——探寻元类设计背后的奥秘

引言

Objective-C 是一门强大的面向对象编程语言，它广泛应用于 iOS 和 macOS 开发。在 Objective-C 中，类是程序的基本构建块，它定义了对象的属性和方法。然而，Objective-C 的底层类却鲜为人知，它们隐藏在语言的表面之下，却对语言的运行起着至关重要的作用。

WWDC 2020 中的 Runtime 优化

在 WWDC 2020 大会上，苹果公司介绍了 Runtime 的一些优化。这些优化主要集中在减少 Runtime 的开销和提高性能上。其中，最值得注意的是对元类的优化。

元类是 Objective-C 中的一个特殊类，它负责管理一个类的对象。元类中包含了类的属性和方法的信息，以及指向类的对象的指针。在之前的版本中，每次创建一个类的对象时，都会创建一个新的元类。这会带来很大的开销，尤其是当创建一个类的对象时，会同时创建一个新的元类。

为了解决这个问题，苹果公司在 WWDC 2020 大会上介绍了一种新的元类优化技术。这种技术将所有类的元类都存储在一个全局表中。当创建一个类的对象时，只需从全局表中查找该类的元类即可。这样可以大大减少元类的创建开销，从而提高性能。

底层属性和方法的原理

Objective-C 中的属性和方法都是通过 Runtime 来实现的。属性本质上就是一个变量，它可以通过一个 getter 方法来获取，也可以通过一个 setter 方法来设置。方法则是一个函数，它可以被对象调用来执行特定的任务。

在 Runtime 中，属性和方法都是以结构体的形式存储的。属性的结构体包含了属性的名称、类型、getter 方法和 setter 方法的指针。方法的结构体包含了方法的名称、类型、参数列表和实现函数的指针。

当一个对象被创建时，Runtime 会为该对象创建一个实例变量区。实例变量区是一个存储对象实例变量的区域。对象的属性实际上就是实例变量区中的变量。当一个对象调用一个方法时，Runtime 会根据方法的名称在对象实例变量区中找到对应的属性，然后调用该属性的 getter 或 setter 方法。

元类设计的原因

元类是 Objective-C 中的一个特殊类，它负责管理一个类的对象。元类中包含了类的属性和方法的信息，以及指向类的对象的指针。

元类设计的原因有很多。首先，元类可以帮助 Objective-C 实现动态语言的特性。在 Objective-C 中，可以动态地添加或删除类的属性和方法。这使得 Objective-C 非常适合开发动态的应用程序。

其次，元类可以帮助 Objective-C 实现多态性。在 Objective-C 中，子类可以继承父类的属性和方法。这使得子类可以重用父类的代码，从而提高开发效率。

最后，元类可以帮助 Objective-C 实现消息转发机制。在 Objective-C 中，当一个对象收到一个消息时，如果该对象没有实现该消息，那么该消息将被转发到该对象的元类。元类可以处理这些消息，从而使得对象可以实现更多的功能。

结语

Objective-C 的底层类是语言的基础，它们对语言的运行起着至关重要的作用。通过对底层类的深入理解，我们可以更好地理解 Objective-C 语言的特性和优势。