iOS--OC底層原理文章匯總
如題凳宙，今天來(lái)探究下類的一些信息熙揍，isa指針的指向就是該類對(duì)象的元類职祷，每一個(gè)類都是它的元類的對(duì)象氏涩，元類是對(duì)類對(duì)象的描述届囚。首先來(lái)分析一下代碼
//類對(duì)象內(nèi)存存在個(gè)數(shù)為 1
void lgTestClassNum(){
Class class1 = [LGPerson class];
Class class2 = [LGPerson alloc].class;
Class class3 = object_getClass([LGPerson alloc]);
Class class4 = [LGPerson alloc].class;
NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n%p",class1,class2,class3,class4);
}
void lgTestNSObject(){
// NSObject實(shí)例對(duì)象
NSObject *object1 = [NSObject alloc];
// NSObject類
Class class = object_getClass(object1);
// NSObject元類
Class metaClass = object_getClass(class);
// NSObject根元類
Class rootMetaClass = object_getClass(metaClass);
// NSObject根根元類
Class rootRootMetaClass = object_getClass(rootMetaClass);
NSLog(@"\n%p 實(shí)例對(duì)象\n%p 類\n%p 元類\n%p 根元類\n%p 根根元類",object1,class,metaClass,rootMetaClass,rootRootMetaClass);
}
打印結(jié)果分析之：
2020-09-14 23:24-isa分析[1763:92018] <LGPerson: 0x102055210>
2020-09-14 23:24-isa分析[1763:92018]
0x100002588-
0x100002588-
0x100002588-
0x100002588
2020-09-14 23:24-isa分析[1763:92018]
0x1005135b0 實(shí)例對(duì)象
0x7fffb1bd0140 類
0x7fffb1bd00f0 元類
0x7fffb1bd00f0 根元類
0x7fffb1bd00f0 根根元類
可以看到lgTestClassNum中打印的類對(duì)象地址都是同一個(gè)，說明：類對(duì)象存在個(gè)數(shù)僅有一份是尖。在lgTestNSObject中實(shí)例對(duì)象地址與類的地址意系，以及元類、根元類饺汹、根根元類的地址是不一樣的蛔添，其中元類、根元類兜辞、根根元類的地址則是一樣的迎瞧。這是為什么呢？
在系列文章前幾章中我們了解了isa的結(jié)構(gòu)逸吵，類的首地址就是isa凶硅，isa中的shiftcls存儲(chǔ)著類的一些信息，isa在類中存在這非常重要的關(guān)系扫皱，繼續(xù)通過LLDB分析之足绅。
isa在類中用lldb分析
isa指向：對(duì)象->類對(duì)象->元類對(duì)象->根元類對(duì)象，根元類對(duì)象的isa指向根元類自身
元類可以存儲(chǔ)類的自有信息韩脑，可供子類繼承的類信息氢妈。
實(shí)例對(duì)象沒有繼承關(guān)系，只有類與類間才有繼承關(guān)系段多；
根元類的父類為NSObject首量，NSObject 繼承的地址沒有，所以父類為nil衩匣。
經(jīng)典isa走位圖
實(shí)例對(duì)象的isa指向它的類對(duì)象Subclass蕾总，Subclass繼承自它的父類Superclass，而Subclass的isa指向它的元類Subclass（meta）琅捏，類和元類的地址是一樣的生百。
拓展：objc_class vs objc_object 關(guān)系?
- 類的底層編碼是—— objc_class
- 對(duì)象的根對(duì)象—— objc_object
- objc_class 又繼承自 objc_object ，所有class也是對(duì)象——萬(wàn)物皆對(duì)象柄延。
- 所有的對(duì)象蚀浆，類，元類都有isa搜吧。
結(jié)構(gòu)體類型objc_class 繼承自objc_object類型市俊，其中objc_object也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，且有一個(gè)isa屬性滤奈，所以objc_class也擁有了isa屬性
mian.cpp底層編譯文件中摆昧，NSObject中的isa在底層是由Class 定義的，其中class的底層編碼來(lái)自 objc_class類型蜒程，所以NSObject也擁有了isa屬性
NSObject 是一個(gè)類绅你，用它初始化一個(gè)實(shí)例對(duì)象objc伺帘，objc 滿足 objc_object 的特性（即有isa屬性），主要是因?yàn)閕sa 是由 NSObject 從objc_class繼承過來(lái)的忌锯，而objc_class繼承自objc_object伪嫁，objc_object 有isa屬性。所以對(duì)象都有一個(gè) isa偶垮，isa表示指向张咳，來(lái)自于當(dāng)前的objc_object
objc_object（結(jié)構(gòu)體） 是 當(dāng)前的 根對(duì)象，所有的對(duì)象都有這樣一個(gè)特性 objc_object似舵，即擁有isa屬性
以下是objc-781源碼中objc_object定義：
objc_object定義
objc_object 和實(shí)例對(duì)象的關(guān)系脚猾？
所有的對(duì)象都是繼承NSObject,NSObject又繼承自底層的objc_object（C/C++）結(jié)構(gòu)體類型，底層的是沒有對(duì)象而是結(jié)構(gòu)體砚哗。
類的內(nèi)存 + 對(duì)象的內(nèi)存
先拓展：內(nèi)存偏移
在探究類的內(nèi)存信息時(shí)婚陪，需要用到內(nèi)存偏移相關(guān)知識(shí)秦躯，所以先介紹下內(nèi)存偏移贩虾。
- 變量的地址差
定義兩個(gè)普通變量蟹肘，打印它們以及變量地址
普通變量及地址
這個(gè)很好理解排宰，內(nèi)存上有一塊數(shù)字未100的塊瀑踢，有兩個(gè)變量都指向這個(gè)內(nèi)存讨永，雖然值相同秘案，但是它們的變量的地址是不一樣的答姥，這是因?yàn)橹蛋l(fā)生了一個(gè)淺拷貝漓糙。但是觀察到兩個(gè)內(nèi)存的地址偏差很小為4铣缠，這是一個(gè)int字節(jié)的長(zhǎng)度，這個(gè)長(zhǎng)度差取決于b的類型長(zhǎng)度昆禽。這樣對(duì)一個(gè)相同的值的指向蝗蛙，將其指針地址連續(xù)存儲(chǔ)，是優(yōu)化存儲(chǔ)的一種小手段醉鳖。 - 對(duì)象的地址差
定義一個(gè)Book類捡硅，實(shí)例化兩個(gè)對(duì)象，打印它們的地址盗棵，前者為對(duì)象的指針地址壮韭，指向的事開辟的內(nèi)存空間；后者的二級(jí)指針纹因，存儲(chǔ)的則是對(duì)象地址的地址（or指針的指針）喷屋。由于該類沒有屬性、成員變量瞭恰，系統(tǒng)則將&book1,&book2存儲(chǔ)在連續(xù)的地址屯曹，由于二級(jí)指針為純指針，其字節(jié)長(zhǎng)度就是isa的長(zhǎng)度，所以兩個(gè)二級(jí)指針差為8恶耽；通過這樣的指針地址差是可以訪問到兩個(gè)相鄰內(nèi)存地址的僵井。
對(duì)象指針 - 數(shù)組的指針差
定義一個(gè)數(shù)組，然后定義一個(gè)指針指向這個(gè)數(shù)組
數(shù)組指針
&c：獲取c的首地址
&c[0]:獲取c數(shù)組首個(gè)元素的地址
&c[1]:獲取c數(shù)組第2個(gè)元素的地址
*d = c;將c的首地址賦值給d驳棱，d+1則是對(duì)d的地址進(jìn)行內(nèi)存偏移，偏移1個(gè)單位則是對(duì)應(yīng)于c的下一個(gè)元素地址农曲。
通過以上認(rèn)識(shí)到：數(shù)組首個(gè)元素的指針地址作為數(shù)組的指針地址社搅。*
通過首地址的偏移，可挨個(gè)取出數(shù)組元素乳规，偏移量則由元素類型的字節(jié)數(shù)決定形葬。
借用style_月月博主簡(jiǎn)單明了的一張圖，能很好的理解了內(nèi)存偏移
數(shù)組指針內(nèi)存偏移
類objc_object的結(jié)構(gòu)信息
// 注意new 暮的、old版本差,此版本為objc4-781
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; // 默認(rèn)8字節(jié)
Class superclass; // 8字節(jié)
cache_t cache; // 8 + 4 + 2 + 2 // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
/*篇幅有限笙以，省略N多代碼，主要代碼分析上面即可*/
};
提前劇透式的獲取類的關(guān)鍵信息：class_data_bits_t冻辩，class_data_bits_t存儲(chǔ)了類中的屬性（property）猖腕、方法（method）、協(xié)議（protocol）恨闪，這是類結(jié)構(gòu)信息中的關(guān)鍵部分倘感，通過之前的LLDB我們是可以獲得類對(duì)象的首地址的，通過內(nèi)存偏移的方式獲取class_data_bits_t咙咽。
進(jìn)入cache_t源碼分析之,它里面有相當(dāng)多的代碼老玛，get其關(guān)鍵屬性信息，則就是：struct cache_t的字節(jié)長(zhǎng)度
struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; // 是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針類型钧敞，占8字節(jié)
explicit_atomic<mask_t> _mask; //是mask_t 類型蜡豹，而 mask_t 是 unsigned int 的別名，占4字節(jié)
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; //是指針溉苛，占8字節(jié)
mask_t _mask_unused; //是mask_t 類型镜廉，而 mask_t 是 uint32_t 類型定義的別名，占4字節(jié)
#if __LP64__
uint16_t _flags; //是uint16_t類型愚战，uint16_t是 unsigned short 的別名桨吊，占 2個(gè)字節(jié)
#endif
uint16_t _occupied; //是uint16_t類型，uint16_t是 unsigned short 的別名凤巨，占 2個(gè)字節(jié)
所以要想獲取bits內(nèi)存视乐，就是要將類的首地址（同isa）進(jìn)行內(nèi)存偏移即可獲取.So -> isa: 8字節(jié) + superClass: 8字節(jié) + cache_t（ _buckets / _maskAndBuckets : 8 + _mask / _mask_unused: 4 + _flags :2 + _occupied :2 = 16）= 32字節(jié)（16進(jìn)制：0x20）。
isa屬性：繼承自objc_object的isa敢茁，占 8字節(jié)
superclass 屬性：Class類型佑淀，Class是由objc_object定義的，是一個(gè)指針彰檬，占8字節(jié)
cache屬性：簡(jiǎn)單從類型class_data_bits_t目前無(wú)法得知伸刃，而class_data_bits_t是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型谎砾，結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小需要根據(jù)內(nèi)部的屬性來(lái)確定，而結(jié)構(gòu)體指針才是8字節(jié)
bits屬性：只有首地址經(jīng)過上面3個(gè)屬性的內(nèi)存大小總和的平移捧颅，才能獲取到bits
通過LLDB分析：
定義一個(gè)Person類
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,copy) NSString * name;
@property (nonatomic,copy) NSString * age;
-(void)sayHello;
+(void)sayHappy;
@end
- 獲取bits方法一：在源碼中找
class_data_bits_t景图，打印bits探索其結(jié)構(gòu)。
源碼打斷點(diǎn)找bits
(lldb) p/x bits // 16進(jìn)制打印bits內(nèi)存地址
(class_data_bits_t) $0 = (bits = 0x0000000100002028)
(lldb) p $0->data() // $0: 別名碉哑，調(diào)用data()方法
(class_rw_t *) $1 = 0x0000000100002028
Fix-it applied, fixed expression was:
$0.data()
(lldb) p *$1
(class_rw_t) $2 = {
flags = 129
witness = 40
ro_or_rw_ext = {
std::__1::atomic<unsigned long> = 40
}
firstSubclass = nil
nextSiblingClass = 0x0000000100000fa0
}
// 找到ro文件后續(xù)探索繼續(xù)查看方法二找bits
- 獲取bits方法二：在調(diào)用
Person * person =[Person alloc];之后下斷點(diǎn)挚币，通過打印類指針地址，利用內(nèi)存偏移原理扣典，加之上面分析的獲取bits要在cls地址基礎(chǔ)上偏移32字節(jié)（16進(jìn)制：0x20）,即在
(Class) $0 = 0x0000000100002250 LGPerson
(lldb) p/x (class_data_bits_t *)0x0000000100002270 // 在$0基礎(chǔ)上加0x20
(class_data_bits_t *) $3 = 0x0000000100002270 // 則可得到bits
方法二完整LLDB
(lldb) p/x person.class
(Class) $0 = 0x0000000100002250 LGPerson
(lldb) p/x (class_data_bits_t *)0x0000000100002270 // 在$0寄出上加0x20妆毕，
(class_data_bits_t *) $3 = 0x0000000100002270
(lldb) p *$3
(class_data_bits_t) $4 = (bits = 4302628644)
(lldb) p $4->data() /// $4: 別名，調(diào)用data()方法
(class_rw_t *) $5 = 0x000000010074e720
Fix-it applied, fixed expression was:
$4.data()
(lldb) p *$5
(class_rw_t) $6 = {
flags = 2148007936
witness = 1
ro_or_rw_ext = {
std::__1::atomic<unsigned long> = 4294975664
}
firstSubclass = nil
nextSiblingClass = NSUUID
}
(lldb) p $6.properties() // 打印第屬性list
(const property_array_t) $7 = {
list_array_tt<property_t, property_list_t> = {
= {
list = 0x00000001000021d8
arrayAndFlag = 4294975960
}
}
}
(lldb) p $7.list
(property_list_t *const) $8 = 0x00000001000021d8
(lldb) p *$8
(property_list_t) $9 = {
entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0> = {
entsizeAndFlags = 16
count = 2
first = (name = "name", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_name")
}
}
(lldb) p $9.get(1) // 打印第一個(gè)屬性
(property_t) $10 = (name = "age", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_age")
(lldb) p $6.methods()
(const method_array_t) $11 = {
list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
= {
list = 0x00000001000020f8
arrayAndFlag = 4294975736
}
}
}
(lldb) p $11.list
(method_list_t *const) $12 = 0x00000001000020f8
(lldb) p *$12 // 獲取了Person類的 method_list_t
(method_list_t) $13 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 6
first = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100000f75 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100000cd0 (KCObjc`-[LGPerson sayHello])
}
}
}
(lldb) p $13.get(0) // 打印出對(duì)象方法 sayHello
(method_t) $14 = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100000f75 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100000cd0 (KCObjc`-[LGPerson sayHello])
}
(lldb) p $13.get(1)
(method_t) $15 = {
name = ".cxx_destruct"
types = 0x0000000100000f75 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100000da0 (KCObjc`-[LGPerson .cxx_destruct])
}
(lldb) p $13.get(2)
(method_t) $16 = {
name = "name"
types = 0x0000000100000f89 "@16@0:8"
imp = 0x0000000100000ce0 (KCObjc`-[LGPerson name])
}
(lldb) p $13.get(3)
(method_t) $17 = {
name = "setName:"
types = 0x0000000100000f91 "v24@0:8@16"
imp = 0x0000000100000d10 (KCObjc`-[LGPerson setName:])
}
(lldb) p $13.get(4)
(method_t) $18 = {
name = "age"
types = 0x0000000100000f89 "@16@0:8"
imp = 0x0000000100000d40 (KCObjc`-[LGPerson age])
}
(lldb) p $13.get(5)
(method_t) $19 = {
name = "setAge:"
types = 0x0000000100000f91 "v24@0:8@16"
imp = 0x0000000100000d70 (KCObjc`-[LGPerson setAge:])
}
(lldb) p $13.get(6)
Assertion failed: (i < count), function get, file /Users/tl/邏輯教育/iOS底層/Day5/20200914-大師班第5天-類原理分析-資料/01--課堂代碼/003-iskindof面試題/runtime/objc-runtime-new.h, line 438.
error: Execution was interrupted, reason: signal SIGABRT.
The process has been returned to the state before expression evaluation.
在 p $13.get(6)執(zhí)行時(shí)贮尖，發(fā)送了越界笛粘，方法list并沒有類方法sayHappy(),這是由于對(duì)象方法存在類中，而類方法存在其元類中湿硝。下一節(jié)繼續(xù)探索為什么薪前。
