Метаклассы: описание и реализация в объектно-ориентированном программировании.

Введение

Метакласс описывает общее поведение для классов, подобно тому, как класс описывает поведение для объектов.

В объектно-ориентированном программировании метакласс — это класс, экземпляры которого также являются классами. Подобно тому, как обычный класс определяет поведение определенных объектов, метакласс определяет поведение определенных классов и их экземпляров. Не все объектно-ориентированные языки программирования поддерживают метаклассы. Среди тех, которые поддерживают, степень, в которой метаклассы могут переопределять различные аспекты поведения класса, может различаться. Метаклассы могут быть реализованы, если классы являются объектами первого класса, в этом случае метакласс — это просто объект, который создает классы. Каждый язык имеет свой собственный протокол метаобъектов — набор правил, определяющих взаимодействие объектов, классов и метаклассов. Метаклассы могут использоваться, например, для автоматической генерации кода или при разработке фреймворков.

В рамках цели C

Метаклассы в Objective-C почти идентичны метаклассам в Smalltalk 80 — что неудивительно, учитывая, что Objective-C многое позаимствовала у Smalltalk. Как и в Smalltalk, в Objective-C переменные экземпляра и методы определяются классом объекта. Класс является объектом, следовательно, он является экземпляром метакласса. Как и в Smalltalk, в Objective-C методы класса — это просто методы, вызываемые у объекта класса, поэтому методы класса класса должны быть определены как методы экземпляра в его метаклассе. Поскольку разные классы могут иметь разные наборы методов класса, каждый класс должен иметь свой собственный отдельный метакласс. Классы и метаклассы всегда создаются парами: среда выполнения предоставляет функции `objc_allocateClassPair` и `objc_registerClassPair` для создания и регистрации пар «класс-метакласс» соответственно. Метаклассы не имеют имен; однако на любой объект класса можно ссылаться с помощью обобщенного типа `Class` (аналогично типу `id`, используемому для указателя на любой объект). Поскольку методы класса наследуются по цепочке наследования, как и в Smalltalk, метаклассы должны следовать схеме наследования, параллельной схеме наследования классов (например, если родительским классом класса A является класс B, то родительским классом метакласса A является метакласс B), за исключением корневого класса. В отличие от Smalltalk, метакласс корневого класса наследуется непосредственно от корневого класса (обычно `NSObject` при использовании фреймворка Cocoa). Это гарантирует, что все объекты класса в конечном итоге являются экземплярами корневого класса, что позволяет использовать методы экземпляра корневого класса — обычно полезные вспомогательные методы для объектов — для самих объектов класса. Поскольку объекты метакласса не имеют особого поведения (нельзя добавить методы класса для метакласса, поэтому все объекты метакласса имеют одинаковые методы), они все являются экземплярами одного и того же класса — метакласса корневого класса (в отличие от Smalltalk). Таким образом, метакласс корневого класса является экземпляром самого себя. Это связано с тем, что все метаклассы наследуются от корневого класса; следовательно, они должны наследовать методы класса корневого класса.

Metaclasses in Objective C are almost the same as those in Smalltalk 80—not surprising since Objective C borrows a lot from Smalltalk. Like Smalltalk, in Objective C, the instance variables and methods are defined by an object's class. A class is an object, hence it is an instance of a metaclass. Like Smalltalk, in Objective C, class methods are simply methods called on the class object, hence a class's class methods must be defined as instance methods in its metaclass. Because different classes can have different sets of class methods, each class must have its own separate metaclass. Classes and metaclasses are always created as a pair: the runtime has functions objc allocateClassPair and objc registerClassPair to create and register class metaclass pairs, respectively. There are no names for the metaclasses; however, a pointer to any class object can be referred to with the generic type Class (similar to the type id being used for a pointer to any object). Because class methods are inherited through inheritance, like Smalltalk, metaclasses must follow an inheritance scheme paralleling that of classes (e. g. if class A's parent class is class B, then A's metaclass's parent class is B's metaclass), except that of the root class. Unlike Smalltalk, the metaclass of the root class inherits from the root class (usually NSObject using the Cocoa framework) itself. This ensures that all class objects are ultimately instances of the root class, so that you can use the instance methods of the root class, usually useful utility methods for objects, on class objects themselves. Since metaclass objects do not behave differently (you cannot add class methods for a metaclass, so metaclass objects all have the same methods), they are all instances of the same class—the metaclass of the root class (unlike Smalltalk). Thus, the metaclass of the root class is an instance of itself. The reason for this is that all metaclasses inherit from root class; hence, they must inherit the class methods of the root class.