聯(lián)合體
聯(lián)合體(共用體)：一種特殊的數(shù)據(jù)類型像捶，允許在相同的內(nèi)存位置存儲(chǔ)不同的數(shù)據(jù)類型上陕。
- 所有成員占用同一段內(nèi)存，修改一個(gè)成員會(huì)影響其余所有成員拓春。
共用體使用了內(nèi)存覆蓋技術(shù)释簿，同一時(shí)刻只能保存一個(gè)成員的值，如果對(duì)新的成員賦值硼莽，就會(huì)把原來成員的值覆蓋掉庶溶。 - 各變量是
互斥的——缺點(diǎn)就是不夠包容; 但優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存使用更為精細(xì)靈活，也節(jié)省了內(nèi)存空間懂鸵。 - 共用體占用的內(nèi)存等于
最長(zhǎng)的成員占用的內(nèi)存偏螺。
Clang
-
Clang是一個(gè)由Apple主導(dǎo)編寫，基于LLVM的C/C++/Objective-C編譯器 -
作用：借助
Clang可以將oc文件輸出成C++文件匆光，方便探究其底層的一些結(jié)構(gòu)套像、邏輯、底層的實(shí)現(xiàn)原理等终息。
簡(jiǎn)單的使用命令
//把目標(biāo)文件編譯成c++文件
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
// UIKit報(bào)錯(cuò)問題
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/ iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m
`xcode`安裝的時(shí)候順帶安裝了`xcrun`命令夺巩，`xcrun`命令在`clang`的基礎(chǔ)上進(jìn)行了 一些封裝，要更好用一些
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (模擬器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp (手機(jī))
接下來借助Clang來簡(jiǎn)單的探索一下OC的對(duì)象采幌。
oc對(duì)象探索
- 準(zhǔn)備
oc對(duì)象LGPerson,并添加屬性name劲够。此時(shí)LGPeson應(yīng)該有name和isa兩個(gè)成員。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface LGPerson : NSObject
@property (copy, nonatomic) NSString *name;
@end
@implementation LGPerson
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
NSLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
- 轉(zhuǎn)化輸出
C++文件,找到LGPerson對(duì)象
#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_$_LGPerson$_name;
struct LGPerson_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
NSString *_name;
};
// @property (copy, nonatomic) NSString *name;
/* @end */
// @implementation LGPerson
static NSString * _I_LGPerson_name(LGPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);
static void _I_LGPerson_setName_(LGPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct LGPerson, _name), (id)name, 0, 1); }
// @end
- 從輸出的
C++文件可以看到LGPerson是objc_object的結(jié)構(gòu)體休傍。
可以看到定義的屬性_name，但是沒有發(fā)現(xiàn)isa蹲姐。反而有一個(gè)struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;磨取。
在c++文件中搜索NSObject_IMPL {會(huì)發(fā)現(xiàn)缺少的isa在里面。但是卻變成了Class類型柴墩。
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
我們?cè)谔剿?a href="http://www.reibang.com/p/ee56f6d3d4a9" target="_blank">alloc &init時(shí)忙厌，有initInstanceIsa是將isa與cls相關(guān)聯(lián)。那么應(yīng)該是在關(guān)聯(lián)這里做什么江咳。下面進(jìn)入源碼探索一下關(guān)聯(lián)的操作逢净。
isa關(guān)聯(lián)cls
-
isa和cls的源碼關(guān)聯(lián)操作
if (!zone && fast) {
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
} else {
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
}
可以看到isa和cls的關(guān)聯(lián)，其實(shí)就是將cls向右移動(dòng)了3位，賦值保存在isa的shiftcls的區(qū)域中爹土。因此LGPerson其實(shí)就保存在isa中甥雕。
那么通過object_getClass獲取Class時(shí)，源碼底層肯定是從isa中通過某種操作取出我們需要的Class胀茵。
進(jìn)入object_getClass源碼
可以發(fā)現(xiàn)object_getClass方法就是獲取isa社露。
最終發(fā)現(xiàn)是isa的bits成員或者&ISA_MASK的結(jié)果在轉(zhuǎn)成Class返回。
isa是如何存儲(chǔ)cls
-
isa類型是isa_t是一個(gè)聯(lián)合體(union)
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
//提供了cls 和 bits 琼娘，兩者是互斥關(guān)系
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
從isa_t的定義有Class cls和一個(gè)uintptr_t bits互斥的成員及結(jié)構(gòu)體中宏定義的位域ISA_BITFIELD
-
nonpointer：表示是否對(duì)isa指針開啟指針優(yōu)化
0：純isa指針
1：不止是類對(duì)象地址,isa中包含了類信息峭弟、對(duì)象的引用計(jì)數(shù)等 -
has_assoc：關(guān)聯(lián)對(duì)象標(biāo)志位，0沒有脱拼，1存在 -
has_cxx_dtor：該對(duì)象是否有C++或者Objc的析構(gòu)器,如果有析構(gòu)函數(shù),則需要做析構(gòu)邏輯, 如果沒有,則可以更快的釋放對(duì)象瞒瘸。 -
shiftcls：存儲(chǔ)類指針的值。開啟指針優(yōu)化的情況下熄浓，在arm64架構(gòu)中有33位用來存儲(chǔ)類指針情臭。 -
magic：用于調(diào)試器判斷當(dāng)前對(duì)象是真的對(duì)象還是沒有初始化的空間 -
weakly_referenced：對(duì)象是否被指向或者曾經(jīng)指向一個(gè)ARC的弱變量，沒有弱引用的對(duì)象可以更快釋放 -
deallocating：標(biāo)志對(duì)象是否正在釋放內(nèi)存 -
has_sidetable_rc：當(dāng)對(duì)象引用技術(shù)大于10 時(shí)玉组，則需要借用該變量存儲(chǔ)進(jìn)位 -
extra_rc：當(dāng)表示該對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值谎柄，實(shí)際上是引用計(jì)數(shù)值減 1.
例如，如果對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為 10惯雳，那么extra_rc為 9朝巫。如果引用計(jì)數(shù)大于 10， 則需要使用到下面的has_sidetable_rc
arm64下ISA_BITFIELD位域的存儲(chǔ)的信息
位域中shiftcls位置的33存儲(chǔ)類的指針的值石景。那么取出isa存儲(chǔ)的位域中的shiftcls的值劈猿，應(yīng)該是我們的存儲(chǔ)的Class。
x86_64下存儲(chǔ)cls的流程
- 斷點(diǎn)
cls為LGPerson時(shí)進(jìn)入isa源碼
isa源碼
斷點(diǎn)newisa的初始化isa_t newisa(0);賦初值的操作newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;分別輸出：
isa初始化潮孽、賦初值
從結(jié)果可以看到cls和bits賦值后揪荣，位域中存儲(chǔ)的信息，也發(fā)生了變化往史。nonpointer代表對(duì)isa開啟指針優(yōu)化仗颈。magic值成了59。因?yàn)檫@里只是進(jìn)行了賦初值那么這59肯定來自初始值ISA_MAGIC_VALUE椎例。
從x86_64結(jié)構(gòu)圖中看magic是從47位開始的占6位挨决。將初始值ISA_MAGIC_VALUE輸出二進(jìn)制進(jìn)行查看《┩幔看到從magic位置的二進(jìn)制111011是十進(jìn)制的59脖祈。
-
cls的賦值newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
將cls轉(zhuǎn)化成uintptr_t右移3位存儲(chǔ)在shiftcls區(qū)域。
存儲(chǔ)cls
了解了cls的存儲(chǔ)的位置及操作刷晋。那么通過存儲(chǔ)的逆向操作應(yīng)該能從isa中取出LGPerson盖高。
- 從
isa中獲取LGPerson
通過反向?qū)?code>isa的反向操作確實(shí)獲得了LGPerson慎陵。
但是通過object_getClass獲取Class時(shí)是isa.bits& ISA_MASK操作。
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
ISA_MASK = 0x00007ffffffffff8ULL其實(shí)就是上面的移動(dòng)抹0操作的位與運(yùn)算喻奥。遮住不需要的信息席纽，保留需要的信息。
通過isa的與cls的關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)及object_getClass獲取源碼也就可以理解c++文件中isa是Class類型了映凳。
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
