iOS底層-類的底層原理(二)

前言

類的底層原理(一) 的探索后,已理解 isa指針指向類的結(jié)構(gòu) 柄驻。下面繼續(xù)探索類的底層原理,并做相應(yīng)的補充焙压。

準(zhǔn)備工作

WWDC-關(guān)于 runtime 的改進(jìn)優(yōu)化

LLVM源碼

成員變量的底層原理

在分析 類的底層原理(一) 時鸿脓,只分析了 propertiesmethods

  • propertiesmethods 都在 class_rw_t 中涯曲。

  • 而成員變量 ivars 存在于class_rw_tro()中野哭,也就是 class_ro_t

class_ro_t 結(jié)構(gòu)如下:

案例一

通過案例分析 ivars 幻件,添加如下代碼 :

打印結(jié)果:

此時拨黔,ivars 都存在于 ivar_list_t 中,使用C++數(shù)組 get() 獲取每個成員變量绰沥。

成員變量篱蝇、屬性、實例變量的區(qū)別

  • 成員變量在類的 {} 中徽曲,以 基本數(shù)據(jù)類型 聲明的變量态兴,例如:NSString、int疟位、float瞻润、double、char、bool绍撞。

  • 屬性是用 @property 修飾的正勒,在底層會變成 _ 方式的 成員變量 ,也會自動生成 getset 方法傻铣。 屬性 = _成員變量 + set + get

  • 實例變量是以 對象類型 聲明的 (特殊的成員變量)章贞,例如 NSObject *pp 就是實例變量非洲。

案例二

1. 創(chuàng)建一個 Project鸭限,添加如下代碼:

2.通過 clang 編譯并查看編譯文件:

$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

屬性在編譯時會變成 _的成員變量,并生成對應(yīng)的 setget 方法两踏。

但是其 set 實現(xiàn)方式卻不一樣:

  • name 是通過 objc_setProperty 方法實現(xiàn)的

  • addressage 則是通過內(nèi)存地址偏移的方式存儲的

為什么會不一樣败京?namecopy 修飾,猜想是和 copy 修飾符有關(guān)梦染。

分析 objc_setProperty

為什么會有 objc_setProperty 的存在赡麦?

當(dāng)創(chuàng)建一個 屬性 時,調(diào)用 set 存數(shù)據(jù)時帕识,不可能每創(chuàng)建一個 屬性 就在底層生成一個對應(yīng)的 set 方法泛粹,這樣對內(nèi)存開銷太大了。于是就有了 objc_setProperty 方法肮疗,不管上層是什么 set 方法晶姊,統(tǒng)一調(diào)用 objc_setProperty 方法。這個過程就是 SELIMP 過程伪货。

SEL 就是方法名字帽借,IMP 就是底層方法實現(xiàn)。

由于 objc_setProperty 是需要在編譯時直接創(chuàng)建超歌,所以 objc_setProperty 需要去 LLVM源碼 中查找砍艾。

1. 定位 objc_setProperty 方法

2. 定位 getSetPropertyFn 方法

3. 定位 GetPropertySetFunction 方法

GetPropertySetFunction 方法調(diào)用,是在 switch 選擇 strategy.getKind()PropertyImplStrategy::GetSetProperty 或者 PropertyImplStrategy::SetPropertyAndExpressionGet 時執(zhí)行的巍举。

那么 strategy 是什么意思脆荷?什么時候給它賦值?每個 case 都有什么意義懊悯?

4. 分析 PropertyImplStrategy

5. PropertyImplStrategy 構(gòu)造函數(shù)

結(jié)論:

  • 只要是設(shè)置了 copy 屬性蜓谋,不管是不是原子性,都沒有影響炭分,set 方法都會被重定向到objc_setProperty 桃焕。

  • 如果不設(shè)置屬性(除原子性之外),那么默認(rèn)屬性是 strong 捧毛,不會觸發(fā) objc_setProperty观堂。

分析 objc_getProperty

同樣 objc_getProperty 也需要去 LLVM源碼 中查找让网。

1. 定位 objc_getProperty 方法

2. 定位 getGetPropertyFn 方法

3. 定位 GetPropertyGetFunction 方法

類方法的底層原理

lldb 驗證流程如下:

總結(jié):

  • 對象方法 存儲在自身

  • 類方法 存儲在 元類 中,并且以 對象方法 存在于 元類 中师痕。

  • 沒有所謂的 類方法 之說溃睹,所有的方法都是 對象方法,其底層都是 函數(shù)胰坟。

補充:類型編碼 TypeEncoding

在上面的 main.cpp 中因篇,搜索 setName 發(fā)現(xiàn)有一些奇奇怪怪的符號。

其中 "v24@0:8@16"笔横、"@16@0:8" 其實是 類型編碼 竞滓。下面具體看一下什么是 類型編碼

官網(wǎng)關(guān)于 TypeEncoding 的解釋吹缔。歸根結(jié)底商佑,其實就是對照著下面的 符號表 去分析編碼代碼。

TypeEncoding符號表

那么以上面 setName 為例涛菠,具體分析 v24@0:8@16 的實際意義莉御。

補充:面試題

1. 為什么獲取 元類類方法 也可以得到 類方法撇吞?(已證明:類方法對象方法 形式存儲在 元類 中)

打印結(jié)果如下:

分析底層方法:

分析得出:所謂的 類方法 其實就是獲取 元類對象方法 俗冻。

分析 getMeta() 方法:

分析得出:如果是 元類 ,則返回 元類本身 牍颈,否則返回 元類isa迄薄。這就是為什么獲取 元類類方法 也可以得到 類方法的原因。

2. 關(guān)于 isKindOfClass

案例分析:

打印結(jié)果:

并且也在源碼中找到 isMemberOfClassisKindOfClass 方法煮岁,也打上斷點讥蔽,來具體分析其原理:

但是執(zhí)行過程中,卻沒有執(zhí)行 isKindOfClass 方法画机,只執(zhí)行了 isMemberOfClass 方法冶伞。先來分析 isMemberOfClass

isMemberOfClass

分析源碼如下:

  • + isMemberOfClass: 是獲取類的 元類 進(jìn)行比較

  • - isMemberOfClass: 是獲取 類對象 進(jìn)行比較

分析上圖代碼:

  • re1NSObject 調(diào)用 + isMemberOfClass:NSObject 比較。因此 NSObject元類NSObject 并不相等步氏,所以是0响禽。
  • re3ZLObject 調(diào)用 + isMemberOfClass:ZLObject 比較。因此 ZLObject元類ZLObject 并不相等荚醒,所以是0芋类。
  • re5NSObject對象 調(diào)用 - isMemberOfClass:NSObject 比較。因此 NSObject對象 的類是NSObject界阁,與 NSObject 相等侯繁,所以是1。
  • re7ZLObject對象 調(diào)用 - isMemberOfClass:ZLObject 比較泡躯。因此 ZLObject對象 的類是ZLObject贮竟,與 ZLObject 相等丽焊,所以是1。

isKindOfClass

上述案例中坝锰,isKindOfClass 沒有執(zhí)行粹懒,只有 isMemberOfClass 相關(guān)方法執(zhí)行了。這是什么原因呢顷级?

具體分析匯編才知道凫乖,isKindOfClass沒有執(zhí)行的原因是底層執(zhí)行了 objc_opt_isKindOfClass 方法。

具體分析 objc_opt_isKindOfClass

在上面的代碼中弓颈,不管上層調(diào)用的是 + isKindOfClass: 還是 - isKindOfClass:帽芽,內(nèi)部都會重定向到 objc_opt_isKindOfClass 這個方法。因為 其本質(zhì)也是一個對象翔冀,我們稱之為 類對象导街。所以obj每次都有值。

分析源碼如下:

  • 如果是類:首先獲取類的元類 比較纤子。相等則返回true搬瑰。如果不相等,再獲取類的 父類 比較控硼,相等則返回true泽论。否則循環(huán)找 父類 比較,直到獲取到的父類為 nil卡乾,依舊沒有找到則返回false翼悴。

  • 如果是實例對象,首先獲取 比較幔妨。相等則返回true鹦赎。否則和 的步驟一樣。

分析上圖代碼:

  • re2NSObject 的類误堡,獲取 元類NSObject 不等古话,繼續(xù)尋找獲取 元類的父類NSObjectNSObject 相等,返回1锁施。
  • re4ZLObject的類陪踩,獲取 元類ZLObject 不等,繼續(xù)尋找獲取 元類的父類NSObject的元類 依舊不等沾谜,繼續(xù)往上 NSObject元類的父類NSObject 依舊不等膊毁,再往上就是nil ,最后返回0基跑。
  • re6NSObject對象婚温,獲取 NSObject,與NSObject相等媳否,返回1栅螟。
  • re8ZLObject對象荆秦,獲取 ZLObject,與NSObject相等步绸,返回1。
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