上篇文章： iOS底層之isa走位探索
前言
從上篇文章中我們了解了對象的isa指針的走位邏輯萌踱，接下來咱們分析一下類的結構耗式。
一叛甫、內存偏移
在咱們分析類結構之前沦寂，咱們先來了解一下內存偏移的知識蜒程。咱們先看一個例子
void pointOffset(){
int arr[4] = {1, 3, 5, 6};
int *p = arr;
for (int i=0; i<4; i++) {
NSLog(@"%p -- %d", p+i, arr[i]);
}
}
打印結果為
0x7ffeefbff4e0 -- 1
0x7ffeefbff4e4 -- 3
0x7ffeefbff4e8 -- 5
0x7ffeefbff4ec -- 6
從打印結果可以看出這四個內存地址是連續(xù)的绅你，切每個地址相差4字節(jié)伺帘，因為int類型的內存大小為4字節(jié)。也就是說如果我們知道一個對象的首地址忌锯，且知道其后排列的每個元素的內存大小伪嫁，那么我們就可以知道后面每個元素的大小。接下來我們來驗證一下
int數(shù)組內存偏移
lldb命令不熟的同學可以看下lldb內存讀取這篇文章脚猾。可能有的同學認為這個例子有點簡單，且數(shù)組中的元素的內存大小一致砚哗，無法說明問題龙助，如果是每個元素不一致又該怎么辦。
為了更具有說服力蛛芥，接下來咱們舉一個復雜的例子
struct StructPointTest { //內存大小 內存所在地址 比首地址多幾個字節(jié)
double a; // 8 (0-7) 0字節(jié)
short b; // 2 (8-9) 8字節(jié)
int c; // 4 (12-15) 12字節(jié)
struct Struct2 d; //16 (16-31) 16字節(jié)
WJPerson *e; // 8 (32-39) 32字節(jié)
}structPointTest;
根據(jù)這篇iOS底層之內存對齊文章提鸟，咱們能夠知道StructPointTest結構體中每個元素的內存大小和內存所在地址以及比首地址多幾個字節(jié)，咱們就用這個結構體來驗證一下
struct StructPointTest str = {1.0, 3, 2, {4,5,'a',7}, [WJPerson alloc]};
NSLog(@"\n%p -- %f \n%p -- %d \n%p -- %d \n%p -- \n%p -- %@", &str.a, str.a, &str.b, str.b, &str.c, str.c, &str.d, &str.e, str.e);
咱們首先打印下str所在的首地址
StructPointTest結構體首地址
StructPointTest里各個元素的地址：
-
str.a的地址為str的首地址就是0x00007ffeefbff550 -
str.b的地址比首地址多8個字節(jié)仅淑，推出地址為0x00007ffeefbff558 -
str.c的地址比首地址多12個字節(jié)称勋，推出地址為0x00007ffeefbff55c -
str.d的地址比首地址多16個字節(jié)，推出地址為0x00007ffeefbff560 -
str.e的地址比首地址多32個字節(jié)涯竟，推出地址為0x00007ffeefbff570
接下來咱們使用lldb調試打印一下這些地址
相關地址的值
NSLog打印的值
0x7ffeefbff550 -- 1.000000
0x7ffeefbff558 -- 3
0x7ffeefbff55c -- 2
0x7ffeefbff560 --
0x7ffeefbff570 -- <WJPerson: 0x1006b1110>
由此我們可以得出結論：只要知道一個對象的首地址的值赡鲜，就可以根據(jù)對象中元素的內存大小推導出每個元素的內存地址。
二庐船、類結構分析
我們在最新的objc4源碼中搜索objc_class會發(fā)現(xiàn)兩個版本的結構體定義银酬，一個是runtime.h文件里定義的老版的objc_class
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE; //已廢棄的
一個是objc-runtime-new.h文件里定義的新版的objc_class，由于內容太多所以只粘貼了部分代碼筐钟。
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
//....方法部分已省略捡硅，目前顯示的是objc_class的
}
從新版的定義中，可以看到 objc_class 結構體類型是繼承自 objc_object的盗棵。
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
接下來我們分析一下新版的objc_class壮韭。
1、類結構分析之bits
從最新的objc_class的定義中我們知道objc_class中有4個成員變量纹因，分別為isa喷屋，superclass，cache和bits瞭恰。isa和superclass我們已經(jīng)了解了屯曹，cache我們根據(jù)名字就可以知道是緩存信息，那么class_data_bits_t bits;中又存放了一下什么信息呢。
正常情況下我們無法直接訪問objc_class中的bits內容恶耽，要想了解bits的信息密任，我們就需要想辦法訪問bits所在的內存空間，這時候就需要用到我們上文提到的內存偏移的知識了偷俭。
我們已經(jīng)知道isa和superclass的內存大小都是8字節(jié)浪讳，那么cache又占了多少字節(jié)呢。我們先看下cache_t中除去static修飾的靜態(tài)變量和方法外還有什么涌萤。
struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; //8字節(jié)
explicit_atomic<mask_t> _mask; //4字節(jié)
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; //8字節(jié)
mask_t _mask_unused; //4字節(jié)
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
// _maskAndBuckets stores the mask shift in the low 4 bits, and
// the buckets pointer in the remainder of the value. The mask
// shift is the value where (0xffff >> shift) produces the correct
// mask. This is equal to 16 - log2(cache_size).
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; //8字節(jié)
mask_t _mask_unused; //4字節(jié)
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif
#if __LP64__
uint16_t _flags; //2字節(jié)
#endif
uint16_t _occupied; //2字節(jié)
}
可以看到第一個#if到#endif直接不管滿足什么條件都是12字節(jié)淹遵，如果第二個#if滿足條件就是16字節(jié)，否則就是14字節(jié)负溪，但是不管是14字節(jié)還是16字節(jié)透揣，根據(jù)內存對齊原則cache_t的大小都是16字節(jié)。所以我們最后得出結論：cache_t的大小為16字節(jié)川抡。
接下來我們通過lldb打印一下bits的信息辐真。
@interface WJPerson : NSObject
{
NSString *habby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
- (void)sayHello;
+ (void)sayGoodbye;
@end
@implementation WJPerson
- (void)sayHello{}
+ (void)sayGoodbye{}
@end
我們先給WJPerson添加一下信息，然后再看一下WJPerson的信息崖堤。
我們先來看下class_data_bits_t都有什么信息
struct class_data_bits_t {
friend objc_class;
// Values are the FAST_ flags above.
uintptr_t bits;
private:
bool getBit(uintptr_t bit) const
{
return bits & bit;
}
// Atomically set the bits in `set` and clear the bits in `clear`.
// set and clear must not overlap.
void setAndClearBits(uintptr_t set, uintptr_t clear)
{
ASSERT((set & clear) == 0);
uintptr_t oldBits;
uintptr_t newBits;
do {
oldBits = LoadExclusive(&bits);
newBits = (oldBits | set) & ~clear;
} while (!StoreReleaseExclusive(&bits, oldBits, newBits));
}
void setBits(uintptr_t set) {
__c11_atomic_fetch_or((_Atomic(uintptr_t) *)&bits, set, __ATOMIC_RELAXED);
}
void clearBits(uintptr_t clear) {
__c11_atomic_fetch_and((_Atomic(uintptr_t) *)&bits, ~clear, __ATOMIC_RELAXED);
}
public:
class_rw_t* data() const {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
void setData(class_rw_t *newData)
{
ASSERT(!data() || (newData->flags & (RW_REALIZING | RW_FUTURE)));
// Set during realization or construction only. No locking needed.
// Use a store-release fence because there may be concurrent
// readers of data and data's contents.
uintptr_t newBits = (bits & ~FAST_DATA_MASK) | (uintptr_t)newData;
atomic_thread_fence(memory_order_release);
bits = newBits;
}
// Get the class's ro data, even in the presence of concurrent realization.
// fixme this isn't really safe without a compiler barrier at least
// and probably a memory barrier when realizeClass changes the data field
const class_ro_t *safe_ro() {
class_rw_t *maybe_rw = data();
if (maybe_rw->flags & RW_REALIZED) {
// maybe_rw is rw
return maybe_rw->ro();
} else {
// maybe_rw is actually ro
return (class_ro_t *)maybe_rw;
}
}
void setClassArrayIndex(unsigned Idx) {
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
// 0 is unused as then we can rely on zero-initialisation from calloc.
ASSERT(Idx > 0);
data()->index = Idx;
#endif
}
unsigned classArrayIndex() {
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
return data()->index;
#else
return 0;
#endif
}
bool isAnySwift() {
return isSwiftStable() || isSwiftLegacy();
}
bool isSwiftStable() {
return getBit(FAST_IS_SWIFT_STABLE);
}
void setIsSwiftStable() {
setAndClearBits(FAST_IS_SWIFT_STABLE, FAST_IS_SWIFT_LEGACY);
}
bool isSwiftLegacy() {
return getBit(FAST_IS_SWIFT_LEGACY);
}
void setIsSwiftLegacy() {
setAndClearBits(FAST_IS_SWIFT_LEGACY, FAST_IS_SWIFT_STABLE);
}
// fixme remove this once the Swift runtime uses the stable bits
bool isSwiftStable_ButAllowLegacyForNow() {
return isAnySwift();
}
_objc_swiftMetadataInitializer swiftMetadataInitializer() {
// This function is called on un-realized classes without
// holding any locks.
// Beware of races with other realizers.
return safe_ro()->swiftMetadataInitializer();
}
};
通過上面代碼我們發(fā)現(xiàn)拆祈，除了class_rw_t* data()和const class_ro_t *safe_ro()返回了對象外，剩下的返回值就是bool類型倘感、void類型或基礎數(shù)據(jù)類型。所以我們接下來主要看class_rw_t* data()和const class_ro_t *safe_ro()
通過上面的分析計算得出bits比首地址多8(isa)+8(superclass)+16(cache)也就是32個字節(jié)咙咽。接下來我們實際操作獲取下信息老玛。
我們先獲取下class_rw_t* data()的信息
class_rw_t* data()返回值
class_ro_t里有什么
struct class_rw_t {
//這里只展示我們經(jīng)常接觸的內容，如需看完整代碼請自行查看源碼
const method_array_t methods() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->methods;
} else {
return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseMethods()};
}
}
const property_array_t properties() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->properties;
} else {
return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProperties};
}
}
const protocol_array_t protocols() const {
auto v = get_ro_or_rwe();
if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
return v.get<class_rw_ext_t *>()->protocols;
} else {
return protocol_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProtocols};
}
}
}
可以看到在class_rw_t中有methods钧敞、properties和protocols蜡豹。我們在類中定義了一些屬性和方法看下能不能在這里看到。
methods的信息
methods方法列表
屬性列表
從上面結果可以看出
class_rw_t確實包含了一下屬性和方法谭期，不過只包含了我們添加的屬性撵割、實例方法和屬性的setter和getter方法斗幼，那么我們定義的成員變量和類方法呢，是不是放在了class_ro_t里面了呢娇唯，接下來我們看一下class_ro_t里的信息
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
// This field exists only when RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER is set.
_objc_swiftMetadataInitializer __ptrauth_objc_method_list_imp _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
_objc_swiftMetadataInitializer swiftMetadataInitializer() const {
if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
return _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
} else {
return nil;
}
}
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
class_ro_t *duplicate() const {
if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
size_t size = sizeof(*this) + sizeof(_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0]);
class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
ro->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0] = this->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
return ro;
} else {
size_t size = sizeof(*this);
class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
return ro;
}
}
};
發(fā)現(xiàn)class_ro_t還有baseMethodList、baseProtocols寂玲、ivars等方法塔插、協(xié)議、屬性等信息拓哟。我們再來打印一下這些信息
class_ro_t中的baseMethodList信息
class_ro_t中的方法列表
class_ro_t中的ivars信息
class_ro_t的屬性列表
class_ro_t中的ivars存的是成員變量和屬性想许，baseMethodList存的和class_rw_t中的methods一模一樣。那么
WJPerson中的類方法哪去了呢？
