iOS類的加載

一沽翔，應(yīng)用程序加載回顧

通過前面的學(xué)習(xí)我們對iOS應(yīng)用程序的加載有了一個大致的認(rèn)識部翘，

  • 1 系統(tǒng)調(diào)用exec() 會讓我們的應(yīng)用程序映射到信的地址空間
  • 2 然后通過dyld 進(jìn)行加載砾医、鏈接亡脸、初始化主程序和應(yīng)用程序所依賴的各種動態(tài)庫
  • 3 最后在initializeMainExecutable方法中進(jìn)過一系列的初始化調(diào)用notifySingle 函數(shù)校镐，該函數(shù)會執(zhí)行一個load_images的回調(diào)
  • 4 然后在doModInitFunctions 函數(shù)內(nèi)部調(diào)用__attribute__((contrustor))的c++ 函數(shù)
  • 5 然后dyld返回主程序的入口函數(shù)亿扁，開始進(jìn)入主程序的main函數(shù)。

在main函數(shù)執(zhí)行過程中鸟廓，其實dyld還會在流程中初始化libSystem,而libSystem又會去初始化libDispatch,在libDispatch初始化方法里面又會調(diào)用os_object_int,在os_object_int內(nèi)部就會調(diào)用objc_init,從而才會進(jìn)入我們相隔的類的加載過程从祝。這就是整個應(yīng)用程序加載的大致過程。

二引谜，類的加載

通過上一章節(jié)應(yīng)用程序加載回顧的流程可知牍陌，我們知道相關(guān)的加載，編譯在main函數(shù)之前员咽，所以在此我們進(jìn)入libObjc開源的代碼中全局搜索read_image字段呐赡。、進(jìn)入到相關(guān)的定義如下 ：摘取片段展示

void _read_images(header_info **hList, uint32_t hCount, int totalClasses, int unoptimizedTotalClasses)
{
    header_info *hi;
    uint32_t hIndex;
    size_t count;
    size_t i;
    Class *resolvedFutureClasses = nil;
    size_t resolvedFutureClassCount = 0;
    static bool doneOnce;
    bool launchTime = NO;
    TimeLogger ts(PrintImageTimes);
骏融。链嘀。。档玻。怀泊。。误趴。霹琼。。。枣申。

既然本文重點是研究類的加載售葡，那么我們就在read_images中找到關(guān)于類的信息，從而重點的進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)忠藤，進(jìn)行一個深刻的了解挟伙。從而達(dá)到我們想要的目的，我們會發(fā)現(xiàn)在此方法中存在一個關(guān)于非懶加載 Realize non-lazy classes (for +load methods and static instances)代碼如下

   for (EACH_HEADER) {
        classref_t const *classlist = 
            _getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
        for (i = 0; i < count; i++) {
            Class cls = remapClass(classlist[i]);
            const char *mangledName  = cls->mangledName();
   
            if (!cls) continue;

            addClassTableEntry(cls);

            if (cls->isSwiftStable()) {
                if (cls->swiftMetadataInitializer()) {
                    _objc_fatal("Swift class %s with a metadata initializer "
                                "is not allowed to be non-lazy",
                                cls->nameForLogging());
                }
    
            }  // alloc init - 類存在 完備 實例
            realizeClassWithoutSwift(cls, nil);
        }
    }

從此段代碼就知道只是針對非懶加載實現(xiàn)的類才走到這個方法中模孩，那么懶加載類又如何進(jìn)行加載的尖阔，那么就讓我們分別對這兩種情況進(jìn)行明確和詳細(xì)的學(xué)習(xí)和探索。

2.1榨咐、非懶加載類

在此方法中我們用斷點調(diào)試相關(guān)的程序介却，我們知道系統(tǒng)類的實現(xiàn)對我們來說是不可見的，所所以我們研究系統(tǒng)類的實現(xiàn)以及加載難度太大以及成本太高并且是得不償失块茁。所以我們研究自己定義的類最好不過齿坷，我們在自己實現(xiàn)的類中實現(xiàn)+load方法，

+ (void)load{
   NSLog(@"%s",__func__);
}

再次通過mangledName,斷點篩選出我們所定義的類的實現(xiàn)数焊，定位到當(dāng)前類

圖片.png

通過控制臺打印出相關(guān)結(jié)果：

(lldb) p/x LGPersonName
(const char *) $0 = 0x000000010032ad3e "LGPerson"

此時我們知道胃夏，此處的LGPersonName 還是一個帶地址的名字，并不是一個類昌跌，所以我們繼續(xù)探索究竟是什么時候我們所定義的類加載到內(nèi)存中仰禀，從而進(jìn)行相關(guān)的方法調(diào)用？

順著代碼查找到相關(guān)的realizeClassWithoutSwift定義下

static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls, Class previously)

在中途通過mangledName篩選到我們當(dāng)前的類

if (!cls) return nil;
    if (cls->isRealized()) return cls;
    ASSERT(cls == remapClass(cls));
    auto ro = (const class_ro_t *)cls->data();
    auto isMeta = ro->flags & RO_META;
    if (ro->flags & RO_FUTURE) {
        // This was a future class. rw data is already allocated.
        rw = cls->data();
        ro = cls->data()->ro();
        ASSERT(!isMeta);
        cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
    } else {
        // Normal class. Allocate writeable class data.
        rw = objc::zalloc<class_rw_t>();
        rw->set_ro(ro);
        rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING|isMeta;
        cls->setData(rw);
    }

以及

supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass), nil);
   metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()), nil);

以上代碼主要的作用就是

  • 1 通過macho文件里的data返回一個類的class_ro_t 從而賦值到相應(yīng)的ro中 即clean-memory
  • 2 判斷是否是元類蚕愤，通過第一步的ro數(shù)據(jù)答恶，讀取到rw;
  • 3 如果非元類，寄進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)從ro 到rw中萍诱，通過rw->set_ro(ro);操作完成
  • 4 完成相關(guān)類的繼承鏈悬嗓，從而為以后的方法查找以及后續(xù)的初始化埋下伏筆

雖然此時我們的類還只是帶地址的一個名字，并沒有實現(xiàn)裕坊，但是我們相關(guān)的ro 和rw 是有值的包竹，驗證如下；

圖片.png

通過以上的方法我們知道實現(xiàn)了相關(guān)的類的信息籍凝，并且成功的將數(shù)據(jù)映射到內(nèi)存周瞎，包括ro 和rw的賦值都在此時實現(xiàn)，所以在此去實現(xiàn)相關(guān)的元類meta信息,從而在此進(jìn)入到最后的
methodizeClass(cls, previously); 中饵蒂；

圖片.png

跟著斷點調(diào)試進(jìn)入到attachToClass

void attachToClass(Class cls, Class previously, int flags)
    {
        runtimeLock.assertLocked();
        ASSERT((flags & ATTACH_CLASS) ||
               (flags & ATTACH_METACLASS) ||
               (flags & ATTACH_CLASS_AND_METACLASS));

        
        const char *mangledName  = cls->mangledName();
        const char *LGPersonName = "LGPerson";

        if (mcount > 0) {
        prepareMethodLists(cls, mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount, NO, fromBundle);
        rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);
        if (flags & ATTACH_EXISTING) flushCaches(cls);
    }

從而進(jìn)行相關(guān)的類的方法声诸、協(xié)議、的實現(xiàn)退盯；

2.2彼乌、懶加載類

在+load方法沒有實現(xiàn)的時候泻肯，我們會發(fā)現(xiàn)程序的執(zhí)行和之前的流程不太一樣，程序會先進(jìn)入到底層的objc_msgSent,因為我們在創(chuàng)建

LGPerson *person = [LGPerson alloc];

程序的底層會進(jìn)行一次消息轉(zhuǎn)發(fā)慰照，從而進(jìn)入到消息的查找從而進(jìn)入到lookUpImpOrForward

然后進(jìn)入程序?qū)崿F(xiàn)的判斷

  if (slowpath(!cls->isRealized())) {
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
        // runtimeLock may have been dropped but is now locked again
    }

進(jìn)入到realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked 方法實現(xiàn)如下：

realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock(Class cls, mutex_t& lock, bool leaveLocked)
{
    lock.assertLocked();
    
    const char *mangledName  = cls->mangledName();
    const char *LGPersonName = "LGPerson";

    if (strcmp(mangledName, LGPersonName) == 0) {
        auto kc_ro = (const class_ro_t *)cls->data();
        printf("%s: 這個是我要研究的 %s \n",__func__,LGPersonName);
    }

    if (!cls->isSwiftStable_ButAllowLegacyForNow()) {
        // Non-Swift class. Realize it now with the lock still held.
        // fixme wrong in the future for objc subclasses of swift classes
        realizeClassWithoutSwift(cls, nil);
        if (!leaveLocked) lock.unlock();
    } else {
        // Swift class. We need to drop locks and call the Swift
        // runtime to initialize it.
        lock.unlock();
        cls = realizeSwiftClass(cls);
        ASSERT(cls->isRealized());    // callback must have provoked realization
        if (leaveLocked) lock.lock();
    }

    return cls;
}

從而和非懶加載類一樣 執(zhí)行realizeClassWithoutSwift 和 methodizeClass的流程灶挟，從而實現(xiàn)了該類的信息。

總結(jié)：通過以上兩個類的對比和學(xué)習(xí)的過程毒租，對iOS開發(fā)過程中的類的懶加載 和非懶加載有了一個深刻的認(rèn)知稚铣，

三，分類的加載

3.1蝌衔、分類的概念和結(jié)構(gòu)

在main.mm文件中我們通過手寫分類實現(xiàn)相關(guān)的定義

@interface LGPerson (LG)

@property (nonatomic, copy) NSString *cate_name;
@property (nonatomic, assign) int cate_age;

- (void)cate_instanceMethod1;
- (void)cate_instanceMethod3;
- (void)cate_instanceMethod2;
+ (void)cate_sayClassMethod;

@end

@implementation LGPerson (LG)

- (void)cate_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cate_instanceMethod3{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cate_instanceMethod2{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)cate_sayClassMethod{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

通過clang命令生成相關(guān)的cpp文件

進(jìn)入到這個文件中查詢到分類的結(jié)構(gòu)定義

// 分類 : 方法 - attachtoclass
struct _category_t {
    const char *name;
    struct _class_t *cls;
    const struct _method_list_t *instance_methods;
    const struct _method_list_t *class_methods;
    const struct _protocol_list_t *protocols;
    const struct _prop_list_t *properties;
};
  • 1 name代表分類的名字
  • 2 cls 代表分類的類
  • 3 instance_methods 實例方法榛泛，也即是對象方法
  • 4 class_methods 類方法
  • 5 protocols 協(xié)議列表
  • 6 properties 屬性列表

通過以上我們清楚的知道了一個分類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)蝌蹂，那么分類是如何同類的加載載入到內(nèi)存的噩斟，接下來就進(jìn)入源碼分析流程；

3.2孤个、分類何時加載到應(yīng)用程序

隨即我們進(jìn)入到類的加載執(zhí)行的methodizeClass(cls, previously);
隨著代碼的注釋我們知道剃允，這就是程序加載分類的機制和時機

 // Attach categories - 分類 
    methodizeClass(cls, previously)

通過定位到我們的類然后進(jìn)行打印相關(guān)的列表


圖片.png

通過list 如果無序的時候我們可以進(jìn)行相關(guān)的排序操作

 method_list_t *list = ro->baseMethods();
    if (list) {
        prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));
        if (rwe) rwe->methods.attachLists(&list, 1);
    }

沒有進(jìn)行prepareMethodLists的結(jié)果是

(lldb) p list->get(0)
(method_t) $5 = {
name = "cate_instanceMethod1"
types = 0x0000000100001dfb "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a00 (KCObjc`-[LGPerson(LG) cate_instanceMethod1] at main.m:29)
}

p list->get(1)
(method_t) $6 = {
name = "cate_instanceMethod3"
types = 0x0000000100001dfb "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a30 (KCObjc`-[LGPerson(LG) cate_instanceMethod3] at main.m:33)
}

p list->get(2)
(method_t) $7 = {
name = "cate_instanceMethod2"
types = 0x0000000100001dfb "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a60 (KCObjc`-[LGPerson(LG) cate_instanceMethod2] at main.m:37)
}

而進(jìn)行prepareMethodLists的結(jié)果是

p list->get(0)
(method_t) $8 = {name = "cate_instanceMethod1"
types = 0x0000000100001dfb "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a00 (KCObjc`-[LGPerson(LG) cate_instanceMethod1] at main.m:29)
}

p list->get(1)
(method_t) $10 = {
name = "cate_instanceMethod2"
types = 0x0000000100001dfb "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a60 (KCObjc`-[LGPerson(LG) cate_instanceMethod2] at main.m:37)
}

p list->get(2)
(method_t) $9 = {
name = "cate_instanceMethod3"
types = 0x0000000100001dfb "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a30 (KCObjc`-[LGPerson(LG) cate_instanceMethod3] at main.m:33)
}

從而去加載相關(guān)的分類的屬性，方法齐鲤，協(xié)議等

 if (rwe && proplist) {
        rwe->properties.attachLists(&proplist, 1);
    }
 protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols;
    if (rwe && protolist) {
        rwe->protocols.attachLists(&protolist, 1);
    }
if (cls->isRootMetaclass()) {
        // root metaclass
        addMethod(cls, @selector(initialize), (IMP)&objc_noop_imp, "", NO);
    }

通過以上想分類的實現(xiàn)斥废，從而對內(nèi)存中的rwe進(jìn)行調(diào)用和開辟

 for (uint32_t i = 0; i < cats_count; i++) {
        auto& entry = cats_list[i];

        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            if (mcount == ATTACH_BUFSIZ) {
                prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
                rwe->methods.attachLists(mlists, mcount);
                mcount = 0;
            }
            mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }

        property_list_t *proplist =
            entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
        if (proplist) {
            if (propcount == ATTACH_BUFSIZ) {
                rwe->properties.attachLists(proplists, propcount);
                propcount = 0;
            }
            proplists[ATTACH_BUFSIZ - ++propcount] = proplist;
        }

        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocolsForMeta(isMeta);
        if (protolist) {
            if (protocount == ATTACH_BUFSIZ) {
                rwe->protocols.attachLists(protolists, protocount);
                protocount = 0;
            }
            protolists[ATTACH_BUFSIZ - ++protocount] = protolist;
        }
    }

通過以上的attachList方法，從而循環(huán)對分類的屬性给郊，協(xié)議,方法等操作具體實現(xiàn)如下

  • 1 判斷要添加的數(shù)量是否為0牡肉，如果是0 ，則直接返回
  • 2 然后對ATTACH_BUFSIZ - ++mcount 所有的方法進(jìn)行倒序插入
  • 3判斷 attachLists的list_array_tt 二維數(shù)組有多個一位數(shù)組淆九；

如果是统锤，說明多對多的關(guān)系
通過realloc對容器進(jìn)行重新分配，大小是原來的大小加上新增的大小
通過memmove把原來的數(shù)據(jù)移動到尾部
最后把新的數(shù)據(jù)拷貝到容器的起始位置炭庙，

  • 4 如果調(diào)用的attachLists的list_array_tt二維數(shù)組為空并且新增空間大小數(shù)目是1饲窿，則直接取attachList的第一個list
  • 5 如果當(dāng)前調(diào)用的attachLists的list_array_tt二維數(shù)組只有一個一位數(shù)組，

    如果是焕蹄，說明是一對多的關(guān)系
    通過realloc對容器進(jìn)行重新分配逾雄，大小是原來的大小加上新增的大小
    因為原來只有一個一位數(shù)組，所以直接賦值到新array的最后一個位置
    最后把新的數(shù)據(jù)拷貝到容器的起始位置

四腻脏，總結(jié)

這就是整個類鸦泳、分類的加載大致過程，雖然很多地方理解還不是很到位永品，但是我相信只要堅持下去辽故，總會有收獲的。

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
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