準(zhǔn)備工作

內(nèi)存偏移

普通指針代碼分析：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
       int a = 10; 
        int b = 10; 
        int *a_p = &a;
        int *b_p = &b;
        NSLog(@"%d -- %p -- %p",a,&a,&a_p);
        NSLog(@"%d -- %p -- %p",b,&b,&b_p);
}

//打印結(jié)果
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 10 -- 0x7ffeefbff47c -- 0x7ffeefbff470
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 10 -- 0x7ffeefbff478 -- 0x7ffeefbff468

• 好明顯a和b雖然值是一樣的，但是它們的地址卻不一樣蓬衡。這就是我們常說的深拷貝咯掉奄。
• a和b的地址剛好相差了4個(gè)字節(jié)箱歧，這取決于a的的類型。
• 地址大小比較：a > b > a_p > b_p栓拜，由于是局部變量座泳，他們都存放在棧區(qū)！
  注意：棧區(qū)的地址是由高到低的幕与。
  對(duì)象指針代碼分析:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
       XXPerson *p1 = [LGPerson alloc];
        XXPerson *p2 = [LGPerson alloc];
        NSLog(@"%@ -- %p",p1,&p1);
        NSLog(@"%@ -- %p",p2,&p2);

//打印結(jié)果
內(nèi)存偏移[86667:1854957] <LGPerson: 0x100796fb0> -- 0x7ffeefbff460
內(nèi)存偏移[86667:1854957] <LGPerson: 0x10078b730> -- 0x7ffeefbff458
}

• p1 和p2的內(nèi)存地址是不一樣的挑势，alloc開辟的內(nèi)存在堆區(qū)。
• &p1和&p2的內(nèi)存地址也不一樣的啦鸣，好明顯是指向了兩個(gè)不同的地址潮饱。
  注意：堆區(qū)的地址是由低到高的。
  數(shù)組指針代碼分析：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int c[4] = {1,2,3,4};
        int *d   = c;
        NSLog(@"%p - %p - %p",&c,&c[0],&c[1]);
        NSLog(@"%p - %p - %p",d,d+1,d+2);

        for (int i = 0; i<4; i++) {
            int value =  *(d+i);
            NSLog(@"%d",value);
        }
}
//打印結(jié)果
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 0x7ffeefbff490 - 0x7ffeefbff490 - 0x7ffeefbff494
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 0x7ffeefbff490 - 0x7ffeefbff494 - 0x7ffeefbff498
//循環(huán)打印結(jié)果
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 1
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 2
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 3
內(nèi)存偏移[86667:1854956] 4

• 數(shù)組的地址就是數(shù)組元素內(nèi)存中的首地址诫给，&c,&c[0]指向同一個(gè)地址香拉。
• 數(shù)組中元素地址的間隔是元素?cái)?shù)據(jù)類型決定的啦扬。
• 數(shù)組里面的元素可以通過地址+n取址的方式取出來，如*(d+i);
• 數(shù)組元素不相同用首地址+偏移量方式凫碌，根據(jù)當(dāng)前變量的偏移值（需要前面類型大小相加）
  圖解如下：
  
  數(shù)組地址偏移

類isa走位的分析

通過之前的文章可以知道對(duì)象本質(zhì)是結(jié)構(gòu)體扑毡，結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員變量就是isa。那么類的結(jié)構(gòu)是什么有什么证鸥？類有isa指向嘛僚楞？如果有他們之間的關(guān)系是怎么樣的勤晚？那么針對(duì)這些問題我們進(jìn)行以下的分析枉层。

isa的走位圖（官方的）

isa走位圖

iOS不同架構(gòu)下的isa掩碼

• 拿到類的信息我之前總結(jié)過有三種，用掩碼來獲取是比較快的而且直接的赐写。
• 從objc4的源碼可以拿到：
  x86_64：define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
  arm64：define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
  arm64（simulators）：define ISA_MASK 0x007ffffffffffff8ULL

類對(duì)象的內(nèi)存?zhèn)€數(shù)

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Class class1 = [MyPersion class];
        Class class2 = [MyPersion alloc].class;
        Class class3 = object_getClass([MyPersion alloc]);
        Class class4 = [MyPersion alloc].class;
        NSLog(@"\n-%p-\n-%p-\n-%p-\n-%p-",class1,class2,class3,class4);  
    }
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
打印結(jié)果：
2021-06-18 15:57:27.779872+0800 test[1355:490263] 
-0x102e21818-
-0x102e21818-
-0x102e21818-
-0x102e21818-

得出結(jié)論：類的內(nèi)存地址分配都是一樣的鸟蜡，每個(gè)類只有一個(gè)內(nèi)存塊，這根對(duì)象的內(nèi)存分配不一樣挺邀。

對(duì)象的類isa指向（元類的引出）

我自己創(chuàng)建了一個(gè)persion類繼承于NSObject類揉忘，代碼分析如下：

詳細(xì)分析

• 0x0000000100ea1a30是XXPersion類的地址，當(dāng)我們找出XXPersion類的isa指向的類的地址是0x0000000100ea1a08端铛，也同樣與指向了XXPersion類泣矛。上面已經(jīng)說到了類只會(huì)開辟一個(gè)內(nèi)存空間，那么現(xiàn)在是不是矛盾了禾蚕？還是其中有一個(gè)不是XXpersion類您朽？
• 其不然，0x0000000100ea1a30輸出的是XXPersion類的地址换淆，0x0000000100ea1a08指向是XXPersion的元類哗总。

根元類的引出

參照以上的想法，元類會(huì)不會(huì)也有isa倍试，isa指向是什么讯屈？很簡單，那就實(shí)踐實(shí)踐一下唄县习！請以下操作：

根元類引出

• 0x00000001e7afb260地址是XXPersion的元類isa指向的類地址涮母，發(fā)現(xiàn)是NSObject類，然后再找NSObject類的isa指向哪個(gè)類躁愿，發(fā)現(xiàn)地址還是 0x00000001e7afb260叛本，并指向了自己。

總結(jié)：

經(jīng)過上面代碼的層層分析攘已，我們驗(yàn)證么isa的走位圖的isa走位流程：objc(對(duì)象) --> class(類) --> metaClass(元類) --> rootMetaClass(根元類) --> rootMetaClass(根元類自己)炮赦。
isa走位圖：

isa走位圖

類的繼承鏈分析

用oc代碼看看繼承鏈的原理，創(chuàng)建XXTeacher類繼承于XXPerson類,如下圖：

繼承鏈代碼

• XXTeacher 繼承 XXPerson，XXPerson 繼承NSObject剧防，NSObject的父類是nil
• XXTeacher元類 繼承 XXPerson元類植锉，XXPerson 繼承 根元類，根元類繼承NSObject
  類之間的繼承流程圖如下：
  
  類之間的繼承圖

官方isa走位圖和繼承圖的還原：

還原圖

類的結(jié)構(gòu)分析

查看objc4(818版本)的源碼峭拘，找到了objc_class結(jié)構(gòu)如下：

struct objc_class : objc_object {
  objc_class(const objc_class&) = delete;
  objc_class(objc_class&&) = delete;
  void operator=(const objc_class&) = delete;
  void operator=(objc_class&&) = delete;
    // 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

    Class getSuperclass() const {
#if __has_feature(ptrauth_calls)
#   if ISA_SIGNING_AUTH_MODE == ISA_SIGNING_AUTH
        if (superclass == Nil)
            return Nil;

 .........    //源碼位置為objc-runtime-new.h文件第1688行-2173行
//省略了好多代碼

分析

• 類的結(jié)構(gòu)中也有隱藏的isa俊庇，占用8個(gè)字節(jié)
• Class superclass是類的父類，占用8個(gè)字節(jié)
• cache_t cache是類的緩存空間鸡挠，占用16個(gè)字節(jié)
• class_data_bits_t保存類的數(shù)據(jù)辉饱，如屬性、方法等信息拣展。

探究cache_t內(nèi)存大小

我們在開發(fā)過程中看類主要看類的屬性和方法彭沼，上面所述類的屬性和方法都存放在class_data_bits_t結(jié)構(gòu)體中，那么我們必須要知道class_data_bits_t結(jié)構(gòu)體的地址备埃，所以分析cache_t結(jié)構(gòu)體內(nèi)存大小是非常必要的姓惑。上代碼：

struct cache_t {
private:
    explicit_atomic<uintptr_t> _bucketsAndMaybeMask;           //占用8個(gè)字節(jié)
    union {  //聯(lián)合體大小只關(guān)心內(nèi)存最大的成員
        struct {
            explicit_atomic<mask_t>    _maybeMask;   //占用4個(gè)字節(jié)
#if __LP64__
            uint16_t                   _flags;    //占用2個(gè)字節(jié)，現(xiàn)在的objc版本只能進(jìn)入這個(gè)判斷
#endif
            uint16_t                   _occupied;     //占用2個(gè)字節(jié)
        };
        explicit_atomic<preopt_cache_t *> _originalPreoptCache;  //占用8個(gè)字節(jié)
    };

#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
    // _bucketsAndMaybeMask is a buckets_t pointer
    // _maybeMask is the buckets mask

    static constexpr uintptr_t bucketsMask = ~0ul;
    static_assert(!CONFIG_USE_PREOPT_CACHES, "preoptimized caches not supported");
   .........忽略與結(jié)構(gòu)體內(nèi)存無關(guān)的代碼
  //源碼位置為objc-runtime-new.h文件第338行-550行

分析：

• 結(jié)構(gòu)體中static修飾的靜態(tài)變量按脚、調(diào)用的方法已經(jīng)其他相關(guān)的運(yùn)算都不占用結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存于毙，所以我省略了好多的代碼。
• typedef unsigned long uintptr_t是無符號(hào)長整形辅搬，占用8個(gè)字節(jié)唯沮。
• preopt_cache_t *是結(jié)構(gòu)體指針，占用8個(gè)字節(jié)伞辛。
• uint16_t是無符號(hào)16位整形烂翰，占用2個(gè)字節(jié)。
• mask_t是uint32_t類型的蚤氏，占用4個(gè)字節(jié)甘耿。
  cache_t的內(nèi)存大小為：uintptr_t內(nèi)存大小8個(gè)字節(jié)+union內(nèi)存大小8個(gè)字節(jié) = 16字節(jié)

分析class_data_bits_t bits結(jié)構(gòu)體

綜上所述，class_data_bits_t bits結(jié)構(gòu)體記錄的是類的屬性竿滨、成員變量以及方法佳恬。所以必須要了解結(jié)構(gòu)體里面有什么哦！上代碼：

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 newBits, oldBits = LoadExclusive(&bits);
      //此處省略部分代碼
public:

    class_rw_t* data() const {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
    void setData(class_rw_t *newData)
    {
   //此處省略部分代碼

class_rw_t結(jié)構(gòu)體

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint16_t witness;
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    uint16_t index;
#endif

    explicit_atomic<uintptr_t> ro_or_rw_ext;

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;
//此處省略部分代碼
const method_array_t methods() const {    //獲取方法列表的方法
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->methods;
        } else {
            return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext)->baseMethods()};
        }
    }

    const property_array_t properties() const {   //獲取屬性的方法
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->properties;
        } else {
            return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext)->baseProperties};
        }
    }

    const protocol_array_t protocols() const {         //獲取協(xié)議的方法
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->protocols;
        } else {
            return protocol_array_t{v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext)->baseProtocols};
        }
  //此處省略部分代碼

分析：
是不是很迷茫于游？當(dāng)我們看到那么多代碼時(shí)候該怎么做毁葱？首先我們需要看這個(gè)結(jié)構(gòu)提供了什么方法跟屬性，這是非常重要的７“Ｇ憬恕！

• class_rw_t是結(jié)構(gòu)體類型，提供了獲取屬性列表前痘，方法列表凛捏，協(xié)議列表的方法。通過實(shí)例來驗(yàn)證下方法芹缔，屬性坯癣，變量是不是在class_rw_t中，在XXPerson類中添加屬性和方法 以及成員變量最欠，請繼續(xù)往下看驗(yàn)證流程示罗。

獲取類的屬性、方法操作流程分析

獲取類的屬性

1.創(chuàng)建好XXPersion類芝硬，如圖所示：

XXPerson類

獲取屬性1

獲取屬性2

• x/4gx XXPerson.class格式化輸出XXPerson.class吵取，拿到類的首地址:0x0000000100004530
• p/x 0x0000000100004530 + 0x20首地址偏移32個(gè)字節(jié)（ISA8字節(jié)禽额、superclass8字節(jié)、cache16字節(jié)）皮官，拿到類對(duì)象屬性地址
• p (class_data_bits_t *)0x0000000100004550將地址轉(zhuǎn)化成class_data_bits_t類型，為了使用class_data_bits_t的函數(shù)
• p $21->data() 使用class_data_bits_t的data()函數(shù),拿到class_rw_t類型的地址
• p $22->properties()通過properties()函數(shù)獲取XXPerson的成員變量
• p $23.list和p $24.ptr解析出property_list_t的地址
• p *$25 通過取地址的方式獲取成員變量property_list_t
• p $26.get(0)與p $26.get(1)通過c++函數(shù)單個(gè)獲取類的成員變量name实辑、nickName捺氢、age
  注意：
• 最后獲取屬性的get()方法是迭代器，系統(tǒng)自帶的方法剪撬。
• 發(fā)現(xiàn)屬性列表中只有3個(gè)摄乒，那么定義的hobby成員變量去哪里了？
• 方法列表的方法也是同樣獲取的残黑，請接著往下操作馍佑。

獲取類的方法

獲取類方法1

獲取屬性方法2

成員變量與類方法的獲取

成員變量獲取

觀察發(fā)現(xiàn)class_rw_t還有一個(gè)獲取class_ro_t *的方法，會(huì)不會(huì)在class_ro_t中梨水，源碼查看class_ro_t的類型拭荤。

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    union {
        const uint8_t * ivarLayout;
        Class nonMetaclass;
    };

    explicit_atomic<const char *> name;
    // With ptrauth, this is signed if it points to a small list, but
    // may be unsigned if it points to a big list.
    void *baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;              //存儲(chǔ)成員變量

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
//省略了部分代碼(objc-runtime-new.h文件第1037行-1171行)
}

分析：

• class_ro_t是結(jié)構(gòu)體類型，有一個(gè)ivar_list_t * ivars變量
• ivar_list_t * ivars變量存儲(chǔ)著類的成員變量疫诽。
• 系統(tǒng)會(huì)給屬性自動(dòng)生成一個(gè)帶_屬性名變量舅世，存儲(chǔ)在class_ro_t中的變量列表里
  lldb調(diào)試
  
  類成員變量獲取
  
  步驟：
• x/4gx LGPerson.class 格式化輸出LGPerson.class，獲取到首地址
• p/x 0x100008408 + 0x20 首地址偏移32字節(jié)（ISA8字節(jié)奇徒、superclass8字節(jié)雏亚、cache_t16字節(jié)），拿到包含類屬性方法成員變量的對(duì)象class_data_bits_t的地址
• p (class_data_bits_t *)$1 將地址轉(zhuǎn)換為class_data_bits_t摩钙，為了使用class_data_bits_t的函數(shù)
• p $2->data()使用class_data_bits_t的data()函數(shù),拿到class_rw_t類型的地址
• p $3->ro 使用class_rw_t的ro函數(shù)罢低，拿到class_ro_t類型的地址
• p *$4取lass_ro_t類型地址的值，拿到了class_ro_t對(duì)象
• p $5.ivars 使用ivars函數(shù)獲取class_ro_t對(duì)象的ivars,得到了指向ivar_list_t地址的指針
• p *$6 通過取地址的方式獲實(shí)例變量數(shù)組ivar_list_t,entsize_list_tt<ivar_t, ivar_list_t, 0, PointerModifierNop> = (entsizeAndFlags = 32, count = 4),可以看到有4個(gè)ivars
• 通過c++函數(shù)get()單個(gè)獲取類的實(shí)例方法:
  p $7.get(0):
  (ivar_t) $8 = {
  offset = 0x0000000100008370
  name = 0x0000000100003eec "hobby"
  type = 0x0000000100003f60 "@"NSString""
  alignment_raw = 3
  size = 8
  }
  ivars獲取流程源碼：NSObject.class -> class_data_bits_t -> class_rw_t -> class_ro_t -> ivar_list_t -> ivar_t

類方法獲取

對(duì)象的方法是存儲(chǔ)在類中胖笛，那么類方法可能存儲(chǔ)在元類中网持。那么實(shí)踐一下咯宜肉。
lldb調(diào)試

類方法獲取

• x/4gx XXPerson.class格式化打印類XXPerson，得到類的首地址
• p/x 0x00000001000083e0 & 0x00007ffffffffff8將isa指針和ISA_MASK做與操作翎碑，拿到XXPerson的metaClass（元類）
• x/4gx 0x00000001000083e0,格式化打印XXPerson的metaClass（元類）谬返，拿到元類的首地址
• p/x 0x1000083e0 + 0x20，將元類的首地址偏移32個(gè)字節(jié)（ISA8字節(jié)日杈、superclass8字節(jié)遣铝、cache_t16字節(jié)），那多元類的class_data_bits_t對(duì)象地址
• p (class_data_bits_t *)0x0000000100008400將地址轉(zhuǎn)化為class_data_bits_t對(duì)象莉擒，方便調(diào)用函數(shù)
• p $3->data()調(diào)用class_data_bits_t的data函數(shù)酿炸，拿到class_rw_t對(duì)象
• p $4->methods()獲取class_rw_t的methods方法列表
• p $5.list和p $5.ptr拿到指向method_list_t地址的指針
• p *$7取地址,拿到了method_list_t對(duì)象，count為1涨冀，entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 4294901763, method_t::pointer_modifier>= (entsizeAndFlags = 27, count = 1), 有一個(gè)類方法
  通過c++函數(shù)get()與big()單個(gè)獲取類的類方法:
  p $7.get(0).big():
  (method_t::big) $9 = {
  name = "sayNB"
  types = 0x0000000100003f74 "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100003ce0 (KCObjcBuild+[XXPerson sayNB]) } **類方法獲取流程：NSObject.class->metaClass->class_data_bits_t->class_rw_t->method_array_t->method_list_t->method_t->big`*

總結(jié)：

附上類探究的整個(gè)流程圖：

總流程