前言
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本文主要介绍Objective-C对象模型的实现细节，以及Objective-C语言对象模型中对isa swizzling和method swizzling的支持。希望本文能加深你对Objective-C对象的理解。
ISA指针
Objective-C是一门面向对象的编程语言。每一个对象都是一个类的实例。在Objective-C语言的内部，每一个对象都有一个名为isa的指针，指向该对象的类。每一个类描述了一系列它的实例的特点，包括成员变量的列表，成员函数的列表等。每一个对象都可以接受消息，而对象能够接收的消息列表是保存在它所对应的类中。
在XCode中按Shift + Command + O, 然后输入NSObject.h和objc.h，可以打开NSObject的定义头文件，通过头文件我们可以看到，NSObject就是一个包含isa指针的结构体，如下图所示：
按照面向对象语言的设计原则，所有事物都应该是对象（严格来说Objective-C并没有完全做到这一点，因为它有象int, double这样的简单变量类型）。在Objective-C语言中，每一个类实际上也是一个对象。每一个类也有一个名为isa的指针。每一个类也可以接受消息，例如[NSObject alloc]，就是向NSObject这个类发送名为alloc消息。
在XCode中按Shift + Command + O, 然后输入runtime.h，可以打开Class的定义头文件，通过头文件我们可以看到，Class也是一个包含isa指针的结构体，如下图所示。（图中除了isa外还有其它成员变量，但那是为了兼容非2.0版的Objective-C的遗留逻辑，大家可以忽略它。）
因为类也是一个对象，那它也必须是另一个类的实列，这个类就是元类(metaclass)。元类保存了类方法的列表。当一个类方法被调用时，元类会首先查找它本身是否有该类方法的实现，如果没有，则该元类会向它的父类查找该方法，直到一直找到继承链的头。
元类(metaclass)也是一个对象，那么元类的isa指针又指向哪里呢？为了设计上的完整，所有的元类的isa指针都会指向一个根元类(root metaclass)。根元类(root metaclass)本身的isa指针指向自己，这样就行成了一个闭环。上面提到，一个对象能够接收的消息列表是保存在它所对应的类中的。在实际编程中，我们几乎不会遇到向元类发消息的情况，那它的isa指针在实际上很少用到。不过这么设计保证了面向对象的干净，即所有事物都是对象，都有isa指针。
我们再来看看继承关系，由于类方法的定义是保存在元类(metaclass)中，而方法调用的规则是，如果该类没有一个方法的实现，则向它的父类继续查找。所以，为了保证父类的类方法可以在子类中可以被调用，所以子类的元类会继承父类的元类，换而言之，类对象和元类对象有着同样的继承关系。
我很想把关系说清楚一些，但是这块儿确实有点绕，下面这张图或许能够让大家对isa和继承的关系清楚一些（该图片来自这里）
该图中，最让人困惑的莫过于Root Class了。在实现中，Root Class是指NSObject，我们可以从图中看出：
- NSObject类包括它的对象实例方法。
- NSObject的元类包括它的类方法，例如alloc方法。
- NSObject的元类继承自NSObject类。
- 一个NSObject的类中的方法同时也会被NSObject的子类在查找方法时找到。
类的成员变量
如果把类的实例看成一个C语言的结构体（struct），上面说的isa指针就是这个结构体的第一个成员变量，而类的其它成员变量依次排列在结构体中。排列顺序如下图所示（图片来自《iOS 6 Programming Pushing the Limits》）：
为了验证该说法，我们在XCode中新建一个工程，在main.m中运行如下代码：
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#import
@interface Father : NSObject { int _father; } @end @implementation Father @end @interface Child : Father { int _child; } @end @implementation Child @end int main(int argc, char * argv[]) { Child * child = [[Child alloc] init]; @autoreleasepool { // ... } }
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我们将断点下在 @autoreleasepool 处，然后在Console中输入p *child,则可以看到Xcode输出如下内容，这与我们上面的说法一致。
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(lldb) p *child
(Child) $0 = {
(Father) Father = {
(NSObject) NSObject = {
(Class) isa = Child
}
(int) _father = 0
}
(int) _child = 0
}
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可变与不可变
因为对象在内存中的排布可以看成一个结构体，该结构体的大小并不能动态变化。所以无法在运行时动态给对象增加成员变量。
相对的，对象的方法定义都保存在类的可变区域中。Objective-C 2.0并未在头文件中将实现暴露出来，但在Objective-C 1.0中，我们可以看到方法的定义列表是一个名为 methodLists的指针的指针（如下图所示）。通过修改该指针指向的指针的值，就可以实现动态地为某一个类增加成员方法。这也是Category实现的原理。同时也说明了为什么Category只可为对象增加成员方法，却不能增加成员变量。
需要特别说明一下，通过objc_setAssociatedObject 和 objc_getAssociatedObject方法可以变相地给对象增加成员变量，但由于实现机制不一样，所以并不是真正改变了对象的内存结构。
除了对象的方法可以动态修改，因为isa本身也只是一个指针，所以我们也可以在运行时动态地修改isa指针的值，达到替换对象整个行为的目的。不过该应用场景较少。
系统相关API及应用
isa swizzling的应用
系统提供的KVO的实现，就利用了动态地修改isa指针的值的技术。在苹果的文档中可以看到如下描述：
Key-Value Observing Implementation Details
Automatic key-value observing is implemented using a technique called isa-swizzling.
The isa pointer, as the name suggests, points to the object’s class which maintains a dispatch table. This dispatch table essentially contains pointers to the methods the class implements, among other data.
When an observer is r