上一節(jié)我們了解了isa的內(nèi)部結(jié)構(gòu)蠕搜，了解了結(jié)構(gòu)和類的關(guān)系。
- 現(xiàn)在收壕，我們用代碼來(lái)探究下
isa的指針指向與類的關(guān)系
1. 類與isa指針的關(guān)系
在objc4源碼中蜜宪，加入測(cè)試代碼。在NSLog打印出加上斷點(diǎn)
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
HTPerson * person = [[HTPerson alloc]init];
NSLog(@"%@", person);
}
return 0;
}
- 準(zhǔn)備好
isa位運(yùn)算的MASK(遮罩)。
image.png
p person打印鸡捐，x/4gx打印箍镜，p/x&與上ISA_MASK、打印獲取到的isa中的shiftcls地址。成功找到HTPerson類
如果看不到写隶，需要回看上一節(jié)。了解
isa內(nèi)部構(gòu)造和獲取類地址的方法。
- 我們猜想，既然拿到了
HTPerson類的isa地址,那HTPerson類的isa指針指向哪里呢详拙？
image.png
我們發(fā)現(xiàn)脯爪，0x0000000100002630和0x0000000100002608都打印出來(lái)是HTPerosn的冷冗。2個(gè)地址不一樣為什么打印出來(lái)結(jié)果一樣俺叭？
類地址不應(yīng)該是唯一的嗎晋南？
這個(gè)問(wèn)題我們保留。下面再一起回答羔砾。
現(xiàn)在负间，我想繼續(xù)順著這根藤（isa指針?lè)较颍┡佳纯梢悦侥膫€(gè)類去。
我們發(fā)現(xiàn)政溃，一直順著摸趾访，摸到NSObject后，內(nèi)存地址不再發(fā)生變化玩祟。
為了解答上面2個(gè)不同地址都是打印了HTPerson的問(wèn)題腹缩。我們需要先了解一個(gè)新東西： ??
2. 元類（Meta）
元類的定義和創(chuàng)建都由系統(tǒng)控制，由編譯器自動(dòng)完成空扎，不受我們管理
對(duì)象的isa來(lái)自于類，類也是對(duì)象润讥。那類的isa指向哪里呢转锈？
- 答案： 元類 。類的歸屬來(lái)自于元類楚殿。
類既然是對(duì)象撮慨，就需要管理方法、屬性的存儲(chǔ)和歸屬脆粥。而這個(gè)管理者砌溺，就是元類（Meta）
上面2個(gè)
不同地址都打印HTPerson的問(wèn)題，實(shí)際上打印路徑是： HTPerosn -> HTPerson元類 -> NSObject
問(wèn)題： 既然你說(shuō)打印到了元類变隔， 那HTPerson元類到NSObject之后规伐，為什么就結(jié)束了？ 不應(yīng)該再打印一次NSObject元類嗎匣缘？
- 我們順著上面代碼猖闪。打印一次
p/x [NSObject class]:
發(fā)現(xiàn)[NSObject class]打印的地址與之前打印的地址不一致！
- 因?yàn)?
[NSObject class]打印的是NSObject本類肌厨，而HTPerson元類的父類是NSObject元類培慌。所以地址不一樣。 - 我們驗(yàn)證一下柑爸。
果然吵护，NSObject的isa指針指向了NSObject元類。 地址和HTPerson元類的isa指針地址一致表鳍。
那么馅而，類在內(nèi)存中會(huì)存在多份（多地址）嗎？
#import <objc/runtime.h>
#import "HTPerson.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Class class1 = [HTPerson class];
Class class2 = [HTPerson alloc].class;
Class class3 = object_getClass([HTPerson alloc]);
Class class4 = [HTPerson alloc].class;
NSLog(@"%p", class1);
NSLog(@"%p", class2);
NSLog(@"%p", class3);
NSLog(@"%p", class4);
}
return 0;
}
我們多種方式讀取類进胯，通過(guò)打印可以發(fā)現(xiàn)用爪，所有地址都一樣。
- 類的信息在
內(nèi)存中永遠(yuǎn)只存在一份
問(wèn)題： 不直接繼承NSObject類胁镐，Isa是如何指向的呢偎血？
@interface HTMan : HTPerson
@end
@implementation HTMan
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
HTMan * man = [[HTMan alloc]init];
NSLog(@"%p", man);
}
return 0;
}
代碼中HTMan繼承自HTPerson诸衔，而HTPerson繼承自NSObject
但是isa的指向，卻是HTMan->HTMan元類->NSObject元類
總結(jié)
- 類的信息在
內(nèi)存中永遠(yuǎn)只存在一份 - 類的
isa指針首先指向自己的元類颇玷，再直接指向NSObject元類
(自己類->自己元類->NSObject元類) -
NSObject元類的isa也指向NSObject元類 -
NSObject元類是所有元類的始祖笨农。所以也叫根元類
誤區(qū)：
- 上述是isa的
指針指向，并非類的繼承關(guān)系帖渠。類有繼承關(guān)系谒亦，實(shí)例對(duì)象無(wú)繼承關(guān)系。NSObject沒(méi)有父類（父類為Null）空郊。
所以我們類的繼承份招，溯源只需要找到NSObject。
OC語(yǔ)言中：NSObject是對(duì)象的始祖狞甚。萬(wàn)物皆對(duì)象锁摔。- NSObject
根元類的isa指針是直接指向NSObject根元類
3. OC對(duì)象的本質(zhì)
首先了解2個(gè)結(jié)構(gòu)體： objc_object (根對(duì)象)和 objc_class(根類)
我們打開(kāi)objc4源碼，搜索struct objc_object
搜索struct objc_class ：
源碼搜索時(shí)哼审，注意看結(jié)構(gòu)體
尾部的聲明谐腰。UNAVAILABLE已廢棄的不要耗費(fèi)精力了。
image.png
我們發(fā)現(xiàn)涩盾，objc_class繼承自objc_object十气。
object_object擁有isa屬性，所以objc_class也擁有isa春霍。萬(wàn)物皆對(duì)象(object)砸西。
使用方法：
-
struct objc_object * Object以objc_object為模板，定義一個(gè)對(duì)象 -
struct objc_class * Class以objc_class為模板终畅，定義一個(gè)類
3. 類的結(jié)構(gòu)分析
老規(guī)矩籍胯，先從案例下手，看懂了再總結(jié)
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "HTPerson.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
HTPerson * person = [[HTPerson alloc]init];
NSLog(@"%p", person);
}
return 0;
}
-
p/x打印HTPerson類地址离福。 ->x/4gx 打印內(nèi)存信息
請(qǐng)問(wèn):
1. 為什么第一個(gè)地址是
HTPeroson杖狼？第二個(gè)是NSObject？
objc_class第一個(gè)地址存放的是isa地址妖爷，第二個(gè)存放的是superclass類地址
(參考上面objc_object部分代碼和objc_class部分代碼圖蝶涩。)2. 第二個(gè)地址打印的是
NSObject類還是元類?
image.png
NSObject.class打印的地址與第二個(gè)地址打印的一致。 與接著打印的NSObject元類地址不一致絮识。 說(shuō)明第二個(gè)地址打印的是NSObjetc自身類绿聘。
3. 內(nèi)存偏移
老規(guī)矩，先從案例開(kāi)始次舌，在main.m文件中加入測(cè)試代碼：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int f[4] = {10,20,30,40};
NSLog(@"%p", &f);
NSLog(@"%p", &f[0]);
NSLog(@"%p", &f[1]);
NSLog(@"%p", &f[2]);
NSLog(@"%p", &f[3]);
}
return 0;
}
在打印的尾部加入斷點(diǎn)
我們發(fā)現(xiàn)：
-
&f和&f[0]內(nèi)存地址一樣熄攘。 證明對(duì)象的內(nèi)存地址就是使用內(nèi)部首元素的地址
-
-
f是int類型的數(shù)組，內(nèi)部元素每位占用4字節(jié)彼念。 所以每個(gè)元素內(nèi)存偏移值為4挪圾。
-
是不是瞬間有個(gè)小想法：
我們是否可以根據(jù)數(shù)據(jù)類型浅萧，確定內(nèi)存占用空間的大小，通過(guò)內(nèi)存值偏移哲思，就可定位到下一元素的指針地址洼畅。然后直接取出這個(gè)指針地址指向的值。
小拓展： 如何通過(guò)
地址取出對(duì)應(yīng)的值：
知識(shí)點(diǎn)： 指針(地址)的指針
地址
強(qiáng)轉(zhuǎn)為指定類型（int） -> 加*讀取對(duì)象(指針)的指針-> 打印目標(biāo)值image.png快速讀扰锱狻：
p *((int *)0x7ffeefbff5b0)image.png
我們通過(guò)首地址偏移帝簇，果然：
完美??
但前提是我們必須知道偏移值是多少，也就是存儲(chǔ)的是什么類型靠益。
- 上面我們使用的是
地址偏移丧肴，所以必須加入偏移值。 - 我們也可以使用
指針偏移胧后。直接在屬性層在進(jìn)行操作闪湾。
至此。我們已經(jīng)掌握了地址偏移和指針偏移绩卤。
- 只有知道
屬性類型，占用空間大小江醇，才能使用地址偏移和指針偏移濒憋，讀取類的所有信息。
現(xiàn)在陶夜，我們來(lái)分析類的結(jié)構(gòu)
4. 分析類結(jié)構(gòu)
在objc4源碼中凛驮，搜索objc_class。
-
剔除不會(huì)占用類空間的const条辟、void黔夭、static和函數(shù)。
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; 羽嫡。 // 指針 - 占用8字節(jié)
Class superclass; // 指針 - 占用8字節(jié)
cache_t cache; // 本姥？
class_data_bits_t bits;
};
如果我們要獲取bits的首地址位置。只有cache_t類型不知道空間大小杭棵。 點(diǎn)進(jìn)去看看:
-
剔除不會(huì)占用類空間的const婚惫、void、static和函數(shù)魂爪。
struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets;
explicit_atomic<mask_t> _mask;
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
mask_t _mask_unused;
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
mask_t _mask_unused;
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif
#if __LP64__
uint16_t _flags;
#endif
uint16_t _occupied;
};
- 我們進(jìn)入
explicit_atomic查看:
- 發(fā)現(xiàn)返回的類型就是傳入的泛型
T先舷。 所以explicit_atomic的類型只跟他傳入的類型相關(guān)。
- 我們進(jìn)入
bucket_t結(jié)構(gòu)體:
這里的
_sel和_imp是不是很眼熟滓侍。 ?? 后續(xù)我們會(huì)詳細(xì)介紹
進(jìn)入uintptr_t：
- 發(fā)現(xiàn)
uintptr_t實(shí)際就是unsigned long蒋川，64位操作操作系統(tǒng)下占用8個(gè)字節(jié)
所以我們_buckets實(shí)際大小就是8字節(jié)
接下來(lái)我們看mask_t。
-
點(diǎn)進(jìn)去
image.png
發(fā)現(xiàn)它就是uint32_t類型撩笆。占用4字節(jié)
匯總一下：
現(xiàn)在系統(tǒng)都是64位系統(tǒng)捺球。
所以
cache_t內(nèi)存大小為: 12 + 2 + 2 =16 字節(jié)
回頭繼續(xù)分析object_class的內(nèi)存大小
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; 缸浦。 // 指針 - 占用8字節(jié)
Class superclass; // 指針 - 占用8字節(jié)
cache_t cache; // 占用16字節(jié)
class_data_bits_t bits;
};
所以我們得出結(jié)論。
-
object_class內(nèi)部的找到bits,需要偏移8 + 8 + 16 =
32位
現(xiàn)在懒构，我們來(lái)讀取bits
5. 讀取bits
-
x/4gx HTPerson.class打印內(nèi)存地址 -
p/x 0x0000000100002390 + 32獲取bits地址 -
p (class_data_bits_t *)$12強(qiáng)轉(zhuǎn)為class_data_bits_t類型
在objc_class結(jié)構(gòu)中餐济，我們發(fā)現(xiàn)bits.data()返回的是class_rw_t類型
我們打印bits->data()檢驗(yàn)一下
成功拿到，打印HTPerson的class_rw_t信息：
- 我們想要尋找這個(gè)類的
方法和屬性，但是發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)ro_or_rw_ext痘番。
我們進(jìn)入class_rw_t內(nèi)部, 折疊所有函數(shù)侥祭。
Xcode折疊所有函數(shù)：
command + shift + ←
6. 讀取methods、properties和protocols
main.m加入測(cè)試代碼:
@interface HTPerson : NSObject {
NSString * hobby;
}
@property(nonatomic, copy) NSString * name;
@property(nonatomic, copy) NSString * nickname;
+(void) ClassFunction;
-(void) objectFunction;
@end
@implementation HTPerson
+(void) ClassFunction {
NSLog(@"類方法");
}
-(void) objectFunction{
NSLog(@"對(duì)象方法");
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
HTPerson * person = [[HTPerson alloc]init];
NSLog(@"%p", person);
}
return 0;
}
NSLog處加入斷點(diǎn)篙悯，運(yùn)行代碼×迦蓿快速找到data()對(duì)象的位置：
p/x HTPerson.class- ->
p/x (class_data_bits_t *)(0x0000000100002258 + 32) - ->
p $1->data()
methods
利用$2對(duì)象打印p $2->methods()：
我從圖中看到了list鸽照。繼續(xù)打印p *$3.list:
- 看到
count有6個(gè)值，我們使用get打印一下：
properties
利用$2對(duì)象打印p $2->properties()：
接下來(lái)打印p * properties()屬性方法颠悬。
protocols
利用$2對(duì)象打印p $2->protocols()：
成員變量hobby去哪了矮燎？
打印ro
打印p *$23.ivars
打印每一個(gè)成員變量p $25.get(0)
- 我們發(fā)現(xiàn)，除了
hobby變量赔癌。所有property屬性诞外，都自動(dòng)生成了帶下劃線的成員變量。
為什么案例中的ClassFunction類方法沒(méi)出現(xiàn)在Methods中灾票？
對(duì)象的isa指向自己的類峡谊，所以對(duì)象方法存放到了HTPerosn中，難道類方法存放在它的isa上一級(jí)刊苍？HTPerson元類中既们？
實(shí)踐出真知：
-
p HTPerson.class->x/4gx $0->p/x (class_data_bits_t *)(0x0000000100002230 + 32)->p $1->data()->p $2->methods()->p $3.list->p *$4->p $5.get(0)
image.png
果然。 對(duì)象的方法存在類中正什，類的方法存在元類中
下一章
