runtime中实例对象&类对象&元类对象

实例对象（objc_object）

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

这里的 id 被定义为一个指向 objc_object 结构体的指针。从中可以看出 objc_object 结构体只包含一个 Class 类型的 isa 指针。一个 Object（对象）唯一保存的就是它所属 Class（类）的地址。

类对象（objc_class）

OC中的类是由 typedef struct objc_class *class结构体表示的。
objc_class结构体旧版本定义如下:

struct objc_class {
    //isa指针 
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    //父类指针
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    //类的名称
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    //版本
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    //信息？
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    //实例大小
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    //属性列表
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    //方法列表
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    //缓存
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    //遵循的协议列表
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

在新版本定义如下：

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};


struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass; //父指针
    cache_t cache;             //缓存 formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    //获取具体类信息 class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
}

objc_class结构体继承于objc_object，两个合一起就相当于

struct objc_class {
    Class ISA;
    Class superclass; //父指针
    cache_t cache;             //缓存 formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    //获取具体类信息 class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
}

通过class_data_bits_t结构体中data()方法，bits & FAST_DATA_MASK 获取 class_rw_t结构体

#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL

struct class_data_bits_t {

public:
    class_rw_t* data() {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
}

class_rw_t结构体定义如下：

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint32_t version;

    const class_ro_t *ro; //原信息

    method_array_t methods; //方法列表
    property_array_t properties;//属性列表
    protocol_array_t protocols;//协议列表

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;
}

class_rw_t结构体中存储有方法列表、属性列表、协议列表等。其中class_ro_t结构体保存的是原信息，class_ro_t结构体定义如下：

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;//instance对象占用的空间
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    const uint8_t * ivarLayout;

    const char * name;//类名
    method_list_t * baseMethodList;//原方法列表
    protocol_list_t * baseProtocols;//原协议列表
    const ivar_list_t * ivars;//成员变量列表

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;//原属性列表

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
};

综上所述，在新版本的定义中类对象的结构如下图所示：

结构体里保存了指向父类的指针、类的名字、版本、实例大小、实例变量列表、方法列表、缓存、遵守的协议列表等，这个结构体存放的数据称为元数据(metadata)，
此结构体的第一个成员变量也是isa指针，这就说明了Class本身其实也是一个对象，因此我们称之为类对象。

元类

对象（objc_object 结构体）的isa指针指向的是对应的类对象（object_class 结构体）。那么类对象（object_class 结构体）的isa指针又指向类对象自身的Meta Class（元类）。

Meta Class（元类）就是一个类对象所属的类。一个对象所属的类叫做类对象，而一个类对象所属的类就叫做 元类。

Runtime 中把类对象所属类型就叫做 Meta Class（元类），用于描述类对象本身所具有的特征，而在元类的 methodLists 中，保存了类的方法链表，即所谓的「类方法」。并且类对象中的 isa 指针指向的就是元类。每个类对象有且仅有一个与之相关的元类。

元类与类、实例之间的关系

通过上图我们可以看出整个体系构成了一个自闭环，struct objc_object结构体实例它的isa指针指向类对象，
类对象的isa指针指向了元类，super_class指针指向了父类的类对象，
而元类的super_class指针指向了父类的元类，那元类的isa指针又指向了自己。