面试题：Objective-C元类（Meta Class）在类与对象管理中的深度剖析

Question

深入解释Objective-C中元类（Meta Class）的概念，它在类方法的存储与调用、对象的isa指针指向关系以及运行时机制中起到了哪些关键作用？请通过分析runtime源码或实际应用案例来阐述。

Answer 1

元类（Meta Class）概念

在Objective-C中，元类是一种特殊的类对象，每个类都有一个对应的元类。元类存储类方法，而普通类存储实例方法。

在类方法存储与调用中的作用

1. 存储：类方法存储在元类的方法列表中。例如，假设有一个类MyClass，其类方法+(void)classMethod就存储在MyClass对应的元类的方法列表里。
2. 调用：当调用类方法时，消息会发送到类的元类上。因为元类存储类方法，runtime会在元类的方法列表中查找对应的方法实现。比如[MyClass classMethod]，runtime首先找到MyClass的元类，然后在元类的方法列表中查找classMethod的实现。

在对象的isa指针指向关系中的作用

1. 实例对象：实例对象的isa指针指向其所属的类。例如，MyClass的实例对象myObject的isa指向MyClass。
2. 类对象：类对象的isa指针指向它的元类。所以MyClass的isa指向MyClass的元类。这使得类对象能找到存储类方法的地方。
3. 元类对象：元类对象的isa指针指向根元类。根元类的isa指针指向自身。这种链式关系构成了整个类体系的基础。

在运行时机制中的关键作用

1. 动态方法解析：在运行时，如果类接收到无法识别的消息，runtime会首先在类的方法列表中查找，若找不到则会在元类的方法列表中查找（针对类方法）。这一过程依赖元类来实现类方法的动态解析。
2. 消息转发：当动态方法解析无法找到方法实现时，会进入消息转发流程。元类在这一过程中参与类方法的转发，确保类方法的处理符合运行时机制。

基于runtime源码分析

在runtime源码中，objc_class结构体定义了类的相关信息，其中isa指针体现了上述的指向关系。元类的存在使得类方法的存储和调用得以合理实现。例如，在objc_msgSend函数中，当处理类方法调用时，会通过类的isa指针找到元类，进而查找方法实现。

实际应用案例

假设有一个工具类Utils，其中有一个类方法+(NSString *)generateUUID用于生成唯一标识符。在实际调用[Utils generateUUID]时，runtime通过Utils类的isa指针找到其元类，然后在元类的方法列表中找到generateUUID的实现并执行，这清晰展示了元类在类方法调用中的作用。同时，通过runtime提供的一些函数如class_getClassMethod等，也能进一步验证元类对类方法的管理。