開(kāi)始本節(jié)內(nèi)容之前需要對(duì)了解WWDC2020中對(duì)runtime的改動(dòng)唱较，主要是對(duì)clean memory和dirty memory以及ro、rw有個(gè)初步的了解召川。
實(shí)際上內(nèi)存頁(yè)有分類南缓，一般來(lái)說(shuō)分為 clean memory 和 dirty memory 兩種，iOS 中也有 compressed memory 的概念荧呐。

Clean memory & dirty memory

對(duì)于一般的桌面操作系統(tǒng)汉形，clean memory 可以認(rèn)為是能夠進(jìn)行 Page Out 的部分。Page Out指的是將優(yōu)先級(jí)低的內(nèi)存數(shù)據(jù)交換到磁盤上的操作倍阐，但iOS 并沒(méi)有內(nèi)存交換機(jī)制概疆，所以對(duì) iOS 這樣的定義是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｄ敲磳?duì)于 iOS 來(lái)說(shuō)峰搪，clean memory 指的是能被重新創(chuàng)建的內(nèi)存岔冀，它主要包含下面幾類：

• app 的二進(jìn)制可執(zhí)行文件
• framework 中的 _DATA_CONST 段
• 文件映射的內(nèi)存
• 未寫入數(shù)據(jù)的內(nèi)存

內(nèi)存映射的文件指的是當(dāng) app 訪問(wèn)一個(gè)文件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將文件映射加載到內(nèi)存中罢艾，如果文件只讀楣颠，那么這部分內(nèi)存就屬于 clean memory尽纽。另外需要注意的是，鏈接的 framework 中 _DATA_CONST 并不絕對(duì)屬于 clean memory童漩，當(dāng)app 使用到 framework 時(shí)弄贿，就會(huì)變成 dirty memory。

未寫入數(shù)據(jù)的內(nèi)存也屬于 clean memory矫膨，比如下面這段代碼差凹，只有寫入了的部分才屬于 dirty memory。

int *array = malloc(20000 * sizeof(int));
array[0] = 32
array[19999] = 64

image.png

當(dāng)物理內(nèi)存不夠用時(shí)，iOS 會(huì)將部分物理內(nèi)存壓縮罗晕，在需要讀寫時(shí)再解壓济欢，以達(dá)到節(jié)約內(nèi)存的目的。而壓縮之后的內(nèi)存小渊，就是所謂的 compressed memory法褥。蘋果最開(kāi)始只是在 OS X 上使用這項(xiàng)技術(shù)，后來(lái)也在 iOS 系統(tǒng)上使用酬屉。

摘自：《iOS Memory 內(nèi)存詳解 》這篇文章對(duì)iOS的內(nèi)存進(jìn)行了詳細(xì)解讀半等，感興趣的可以去看下

WWDC2020中對(duì)runtime的改動(dòng)

接下來(lái)結(jié)合WWDC2020中對(duì)runtime的改動(dòng)探究類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，
在磁盤上app二進(jìn)制文件中類是這樣的

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大約有90%的類從來(lái)不需要這些擴(kuò)展數(shù)據(jù)，這在系統(tǒng)范圍中可節(jié)省大約14MB的內(nèi)存准验。
實(shí)際上可以在Mac上看到這一變化帶來(lái)的影響赎线，這只需要在終端上執(zhí)行一個(gè)命令,下面我們看下郵件這個(gè)程序的情況

heap Mail | egrep 'class_rw|COUNT'

image.png

摘自《WWDC 2020 Advancements in the Objective-C runtime》

了解完這些之后我們就可以繼續(xù)類的探索了,這里有個(gè)小插曲狭归，不知道你有沒(méi)有注意到《iOS底層原理探究05-類的底層原理isa鏈&繼承鏈&類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)》里

image.png

firstSubclass為nil但是LGPerson明明是有子類的LGTeacher的

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image.png

• 1.獲取class的data數(shù)據(jù)
• 2.獲取ro數(shù)據(jù)
• 3.獲取ro中的ivars成員變量數(shù)據(jù)
• 4.看下成員變量輸出的信息
  • name = 0x0000000100003d29 "subject"成員變量名稱
  • type = 0x0000000100003eaa "@\"NSString\""成員變量類型
  • size = 8成員變量大小

有些同學(xué)可能會(huì)疑惑subject是哪兒冒出來(lái)的，它是LGPerson的一個(gè)承運(yùn)變量

image.png

@interface LGPerson : NSObject<NSCoding,NSObject>{
    NSString *subject;
    int age;
    double height;
    NSObject * face;
}

image.png

Type Encodings

// 成員變量 vs 屬性 VS 實(shí)例變量
@interface LGPerson : NSObject
{
    NSString *hobby; // 字符串
    int a;
    NSObject *objc;  // 結(jié)構(gòu)體
}

@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;

@end

//編譯后

...省略無(wú)關(guān)代碼
#ifndef _REWRITER_typedef_LGPerson
#define _REWRITER_typedef_LGPerson
typedef struct objc_object LGPerson;
typedef struct {} _objc_exc_LGPerson;
#endif

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_LGPerson$_nickName;
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name;
struct LGPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *hobby;
    int a;
    NSObject *objc;
    NSString *_nickName;
    NSString *_name;
};

// @property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
// @property (nonatomic, strong) NSString *name;

/* @end */

// @implementation LGPerson

static NSString * _I_LGPerson_nickName(LGPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_LGPerson$_nickName)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);

static void _I_LGPerson_setNickName_(LGPerson * self, SEL _cmd, NSString *nickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct LGPerson, _nickName), (id)nickName, 0, 1); }

static NSString * _I_LGPerson_name(LGPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name)); }
static void _I_LGPerson_setName_(LGPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name)) = name; }
// @end
static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[8];
} _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_LGPerson __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    8,
    {{(struct objc_selector *)"nickName", "@16@0:8", (void *)_I_LGPerson_nickName},
    {(struct objc_selector *)"setNickName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_LGPerson_setNickName_},
    {(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_LGPerson_name},
    {(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_LGPerson_setName_},
    {(struct objc_selector *)"nickName", "@16@0:8", (void *)_I_LGPerson_nickName},
    {(struct objc_selector *)"setNickName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_LGPerson_setNickName_},
    {(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_LGPerson_name},
    {(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_LGPerson_setName_}}
};
...省略無(wú)關(guān)代碼

• 底層屬性會(huì)被添加下劃線如_name變成一個(gè)以下劃線開(kāi)頭的成員變量
• 系統(tǒng)自動(dòng)給屬性生成了getter根盒、setter方法
• 屬性 = 承運(yùn)變量 + getter + setter
• 最下面方法列表中有的東西還需要看一下例如{{(struct objc_selector *)"nickName", "@16@0:8", (void *)_I_LGPerson_nickName},，前面的nickName很明顯是方法名也就是nickName的getter的方法名物蝙，但是后面的@16@0:8這個(gè)怎么理解呢炎滞？
  • "@16@0:8"解析
    • 1：@ 表示返回值的類型編碼即返回值是id類型
    • 2：16 表示整個(gè)這一串所占用的內(nèi)存
    • 3：@ 表示第一個(gè)參數(shù)為id類型
    • 4: 0 表示從0號(hào)位置開(kāi)始
    • 5：:表示第二個(gè)參數(shù)類型SEL
    • 6：8表示從8號(hào)位置開(kāi)始

這樣ivar和property的區(qū)別就比較清晰了，但是有一個(gè)細(xì)節(jié)不知道你注意到了沒(méi)nickName的setter方法

static void _I_LGPerson_setNickName_(LGPerson * self, SEL _cmd, NSString *nickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct LGPerson, _nickName), (id)nickName, 0, 1); }

name的setter方法

static void _I_LGPerson_setName_(LGPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name)) = name; }

• name的setter方法使用內(nèi)存偏移賦值
• nickName的setter方法則是直接調(diào)用objc_setProperty
  這兩個(gè)屬性在OC中我們聲明的時(shí)候有什么區(qū)別呢册赛？

@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;

nickName使用的是copy,而name是用的strong是否是因?yàn)檫@個(gè)導(dǎo)致底層setter發(fā)生變化的呢森瘪。接下來(lái)我們?cè)賮?lái)研究下，因?yàn)?code>屬性的getter 和 setter方法都是編譯器自動(dòng)生成的窗宇，所以我們到llvm源碼中看看能不能找到答案。
關(guān)于llvm我們后面再補(bǔ)充(我網(wǎng)速有點(diǎn)慢蝇完，源碼還沒(méi)下下來(lái)??)

objc_setProperty做了啥氢架，objc_setProperty中最終都是調(diào)用reallySetProperty

image.png

reallySetProperty源碼

解決上一篇遺留的問(wèn)題

在《iOS底層原理探究05》中我們留下了一個(gè)問(wèn)題拓售，類方法存在哪里础淤？下面我來(lái)把這個(gè)坑填上
其實(shí)類方法是存在元類中的,我直接這么說(shuō)你肯定不信鸽凶，那么下面我們就來(lái)驗(yàn)證一下，上代碼

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface LGPerson : NSObject<NSCoding,NSObject>
- (void)sayNB;
+ (void)say666;
@end

@implementation LGPerson
- (void)sayNB{
    
}
+ (void)say666{
    
}

實(shí)例方法sayNB是在LGPerson類里保存的這個(gè)在《iOS底層原理探究05》里已經(jīng)驗(yàn)證過(guò)了，接下來(lái)就看看say666方法是不是在LGPerson 元類中

image.png

(lldb) x/4gx LGPerson.class    //打印LGPerson類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)
0x100008778: 0x00000001000087a0 0x000000010036c140
0x100008788: 0x0000000100649dd0 0x0002a04000000003
(lldb) p/x 0x00000001000087a0 & 0x00007ffffffffff8ULL    //LGPerson類的isa & ISA_MASK獲取到LGPerson元類
(unsigned long long) $1 = 0x00000001000087a0
(lldb) po 0x00000001000087a0
LGPerson    //驗(yàn)證一下 獲取到的確實(shí)是LGPerson元類

(lldb) p/x 0x00000001000087a0+0x20    //內(nèi)存偏移找到元類bits數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 這在上一篇中講到過(guò)
(long) $3 = 0x00000001000087c0
(lldb) p (class_data_bits_t *)0x00000001000087c0 //   告訴lldb bits是class_data_bits_t類型的
(class_data_bits_t *) $4 = 0x00000001000087c0
(lldb) p $4->data()    //取出元類LGPerson的data
(class_rw_t *) $5 = 0x0000000100612780
(lldb) p *$5   //查看data的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
(class_rw_t) $6 = {
  flags = 2684878849
  witness = 1
  ro_or_rw_ext = {
    std::__1::atomic<unsigned long> = {
      Value = 4301561681
    }
  }
  firstSubclass = nil
  nextSiblingClass = 0x00007fff800fcec0
}
(lldb) p $6->methods()    //獲取到元類LGPerson的方法列表
(const method_array_t) $7 = {
  list_array_tt<method_t, method_list_t, method_list_t_authed_ptr> = {
     = {
      list = {
        ptr = 0x00000001000086b0
      }
      arrayAndFlag = 4295001776
    }
  }
}
  Fix-it applied, fixed expression was: 
    $6.methods()
(lldb) p $7.list    //取list
(const method_list_t_authed_ptr<method_list_t>) $8 = {
  ptr = 0x00000001000086b0
}
(lldb) p $8.ptr    //取prt
(method_list_t *const) $9 = 0x00000001000086b0
(lldb) p *$9  //查看method_list_t的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
(method_list_t) $10 = {
  entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 4294901763, method_t::pointer_modifier> = (entsizeAndFlags = 27, count = 1)
}
(lldb) p $10.get(0).big()    //取方法列表中的第一個(gè)方法 獲取到了 say666方法
(method_t::big) $11 = {
  name = "say666"
  types = 0x0000000100003ea2 "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100003ba0 (KCObjcBuild`+[LGPerson say666])
}
(lldb) 

添加完注釋流程還是蠻清晰的，驗(yàn)證了類方法確實(shí)存在元類中

結(jié)論

實(shí)例方法保存在類的methods數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里灰蛙，類方法以實(shí)例方法的形式保存在元類中，本質(zhì)上不存在類方法,類方法是存在元類中的實(shí)例方法仅父，底層都是函數(shù)。

使用Runtime API 驗(yàn)證方法存儲(chǔ)位置

接下來(lái)我們使用runtime的API嘗試打印LGPerson類的保存的所有方法

#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface LGPerson : NSObject
{
    NSObject *objc; 
    NSString *nickName;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) NSObject *obj;

- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

下面是打印方法的代碼

void lgObjc_copyMethodList(Class pClass){
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(pClass, &count);
    for (unsigned int i=0; i < count; i++) {
        Method const method = methods[I];
        //獲取方法名
        NSString *key = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        LGLog(@"Method, name: %@", key);
    }
    free(methods);
}

運(yùn)行結(jié)果

image.png

image.png

- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;

我們用這三個(gè)方法檢驗(yàn)一下
第一個(gè)方法驗(yàn)證sayHello和sayHappy是否是類和元類的實(shí)例方法
第一個(gè)方法驗(yàn)證sayHello和sayHappy是否是類和元類的類方法
第一個(gè)方法驗(yàn)證sayHello和sayHappy是否在類和元類中有IMP實(shí)現(xiàn)

void lgInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello));

    Method method3 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    Method method4 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s - %p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

void lgClassMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello));

//    - (void)sayHello;
//    + (void)sayHappy;
    Method method3 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    Method method4 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s-%p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

void lgIMP_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);

    IMP imp1 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHello));
    IMP imp2 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHello));// 0
    // sel -> imp 方法的查找流程 imp_farw
    IMP imp3 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHappy)); // 0
    IMP imp4 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHappy));

    NSLog(@"%p-%p-%p-%p",imp1,imp2,imp3,imp4);
    NSLog(@"%s",__func__);

}

image.png

• lgInstanceMethod_classToMetaclass輸出為0x1000081c0-0x0-0x0-0x100008158,-(void)sayHello是類的實(shí)例方法旭贬，+(void)sayHappy不是元類的實(shí)例方法死讹，+(void)sayHappy不是類的實(shí)例方法沮趣，+(void)sayHappy是元類的實(shí)例方法肚吏。
• lgClassMethod_classToMetaclass輸出為0x0-0x0-0x100008158-0x100008158,-(void)sayHello不是類的類方法橡类，-(void)sayHello不是元類的類方法笼蛛，+(void)sayHappy是類的類方法拉馋，+(void)sayHappy是元類的類方法煌茴。
• lgIMP_classToMetaclass輸出為0x100003ac0-0x7fff202295c0-0x7fff202295c0-0x100003b00,-(void)sayHello在類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)，-(void)sayHello在元類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)龄句，+(void)sayHappy在類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)回论，+(void)sayHappy在元類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)。

分析：第一點(diǎn)毋庸置疑跟我們之前的結(jié)論是一致的分歇，但是第二點(diǎn)有點(diǎn)問(wèn)題class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello))有結(jié)果輸出傀蓉，+(void)sayHappy怎么是元類的類方法呢，不是說(shuō)類方法以實(shí)例方法的形式存在元類中接下來(lái)我們來(lái)看下class_getClassMethod的源碼

/***********************************************************************
* class_getClassMethod.  Return the class method for the specified
* class and selector.
**********************************************************************/
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

可以看到源碼的實(shí)現(xiàn)跟我們之前得到的結(jié)論是一致的职抡，獲取類方法的實(shí)現(xiàn)就是去元類里找同名的實(shí)例方法葬燎，那我們現(xiàn)在傳進(jìn)來(lái)的就是元類，通過(guò)cls->getMeta()獲取元類又會(huì)得到什么呢缚甩，我們來(lái)看下cls->getMeta()的源碼

// NOT identical to this->ISA when this is a metaclass
    Class getMeta() {
        if (isMetaClassMaybeUnrealized()) return (Class)this;
        else return this->ISA();
    }

如果當(dāng)前傳入的類是元類會(huì)直接返回當(dāng)前類谱净，如果不是元類返回當(dāng)前類的isa,所以class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello))，其實(shí)底層是找metaClass的實(shí)例方法,當(dāng)然可以找到擅威。
第三點(diǎn)-(void)sayHello在類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)和+(void)sayHappy在元類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)沒(méi)啥問(wèn)題 但是 -(void)sayHello在元類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)和+(void)sayHappy在類中能找到IMP實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)就不正常了壕探，而且不知道你注意到?jīng)]他們兩個(gè)的IMP實(shí)現(xiàn)地址是一樣的

image.png

__attribute__((flatten))
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    lockdebug_assert_no_locks_locked_except({ &loadMethodLock });

    imp = lookUpImpOrNilTryCache(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    // Translate forwarding function to C-callable external version
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}

查找IMP的過(guò)程就是通過(guò)SEL查找IMP的過(guò)程郊丛，也就是我們常說(shuō)的方法查找流程李请，不知道你有沒(méi)有注意到這一句代碼

if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

如果找不到SEL對(duì)應(yīng)的IMP就返回_objc_msgForward,這是個(gè)啥玩意兒呢瞧筛？歡迎來(lái)到下一部分方法查找流程。