類的結構分析

對象、類糯崎、元類几缭、根元類

對象是類的實例，對象是以類為模版來創(chuàng)建的沃呢。
類的實質上也是一個對象年栓，類是元類的實例對象。類對象在內存中只有一份薄霜。
元類是系統管理的的某抓，定義和創(chuàng)建都是自動由編譯器完成纸兔，元類使用同類名一樣的名稱。
正常我們創(chuàng)建的類基本上都是繼承自NSObject的否副，其中NSObject就是是根類汉矿，NSObject根類對應元類就是根元類。

isa备禀、super走位圖

(lldb) x/4gx obj
0x101820d60: 0x001d8001000021d9 0x0000000000000000
0x101820d70: 0x64696c53534e5b2d 0x6c75637269437265
(lldb) p/x 0x001d8001000021d9 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $1 = 0x00000001000021d8
(lldb) po 0x00000001000021d8
LqModel

(lldb) x/4gx 0x00000001000021d8
0x1000021d8: 0x00000001000021b0 0x0000000100334140
0x1000021e8: 0x0000000101827270 0x0001801000000003
(lldb) p/x 0x00000001000021b0 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $3 = 0x00000001000021b0
(lldb) po 0x00000001000021b0
LqModel

(lldb) x/4gx 0x00000001000021b0
0x1000021b0: 0x00000001003340f0 0x00000001003340f0
0x1000021c0: 0x00000001018276e0 0x0003e03100000007
(lldb) p/x 0x00000001003340f0 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $5 = 0x00000001003340f0
(lldb) po 0x00000001003340f0
NSObject

(lldb) x/4gx 0x00000001003340f0
0x1003340f0: 0x00000001003340f0 0x0000000100334140
0x100334100: 0x0000000100723180 0x0004e03100000007
(lldb) p/x 0x00000001003340f0 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $7 = 0x00000001003340f0
(lldb) po 0x00000001003340f0
NSObject

按照順序分析上面的lldb調試信息洲拇。

LqModel實例對象的 isa 指向了 LqModel 類。
LqModel類對象的 isa 指向了 LqModel 元類曲尸。
LqModel 元類對象的 isa 指向了 NSObject 根元類赋续。
NSObject 元類對象的 isa 指向了自己。

這里我們可以看一副著名的 isa走位 & 繼承關系圖

實例-類-元類關系圖

類的結構

struct objc_class : objc_object {
    // 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
    ...
}

struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets;//struct bucket_t *結構體指針队腐，8字節(jié)
    explicit_atomic<mask_t> _mask;//mask_t是uint32_t類型蚕捉，4字節(jié)
    ...
#if __LP64__
    uint16_t _flags;//2字節(jié)
#endif
    uint16_t _occupied;//2字節(jié)
  ...
}

可以看出類的結構中主要有幾個部分：

isa：繼承自objc_object，占 8字節(jié)
superclass:Class類型柴淘，Class是由objc_object定義的迫淹，占8字節(jié)
cache：class_data_bits_t類型結構體，結構體的內存大小需要根據內部的屬性來確定为严。從上面的cache_t結構體可以分析出其占16字節(jié)敛熬。
bits：class_rw_t中數據就是從bits取的，ObjC 類中的屬性第股、方法還有遵循的協議等信息都保存在 class_rw_t 中应民。

bits數據獲取

我們要通過內存訪問到bits中的數據，就需要從類的結構中分析夕吻，在bits之前isa诲锹、superclass、cache總共占用了32個字節(jié)涉馅，只要獲取到類的首地址归园，再左偏移32位，就可以訪問到bits數據稚矿。
獲取類的首地址庸诱，

(lldb) x/4gx LqModel.class
0x1000021d8: 0x00000001000021b0 0x0000000100334140
0x1000021e8: 0x00000001007aeba0 0x0001801000000003

0x1000021d8即為LqModel類的首地址，因為需要偏移32位晤揣，16進制下0x100002340左偏移32位即是0x100002360桥爽。

(lldb) x/4gx LqModel.class
0x100002340: 0x0000000100002318 0x0000000100334140
0x100002350: 0x00000001018328f0 0x0005802400000007
(lldb) p (class_data_bits_t *)0x100002360
(class_data_bits_t *) $4 = 0x0000000100002360
(lldb) p $4->data
(class_rw_t *) $5 = 0x0000000100733ae0
  Fix-it applied, fixed expression was: 
    $4->data()
(lldb) p * $5
(class_rw_t) $6 = {
  flags = 2148007936
  witness = 1
  ro_or_rw_ext = {
    std::__1::atomic<unsigned long> = 4294975792
  }
  firstSubclass = nil
  nextSiblingClass = NSUUID
}

從中我們也可以驗證bits中存儲的數據為class_rw_t類型。

class_rw_t結構探究

從源碼中我們可以看到class_rw_t結構體中有方法列表昧识、屬性列表钠四、協議列表等。
繼續(xù)上面的lldb調試跪楞，首先是屬性列表

(lldb) p $6.properties
(const property_array_t) $7 = {
  list_array_tt<property_t, property_list_t> = {
     = {
      list = 0x0000000100002270
      arrayAndFlag = 4294976112
    }
  }
}
  Fix-it applied, fixed expression was: 
    $6.properties()
(lldb) p $7.list
(property_list_t *const) $8 = 0x0000000100002270
(lldb) p *$8
(property_list_t) $9 = {
  entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0> = {
    entsizeAndFlags = 16
    count = 2
    first = (name = "name", attributes = "T@\"NSString\",&,N,V_name")
  }
}
(lldb) 
(lldb) p $9.get(0)
(property_t) $10 = (name = "name", attributes = "T@\"NSString\",&,N,V_name")

$6.properties是調用class_rw_t中properties方法,方法中返回的實際類型為property_array_t
p $7.list打印出list的指針地址形导。
p *$8獲取內存中的屬性列表
p $9.get(0)环疼，獲取類中的第1個成員變量。如果超出了會報錯朵耕。
方法列表

(lldb) p $6.methods
(const method_array_t) $12 = {
  list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
     = {
      list = 0x0000000100002178
      arrayAndFlag = 4294975864
    }
  }
}
  Fix-it applied, fixed expression was: 
    $6.methods()
(lldb) p $12.list
(method_list_t *const) $13 = 0x0000000100002178
(lldb) p *$13
(method_list_t) $14 = {
  entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
    entsizeAndFlags = 26
    count = 7
    first = {
      name = "helloWorldMethod"
      types = 0x0000000100000f7b "v16@0:8"
      imp = 0x0000000100000cb0 (KCObjc`-[LqModel helloWorldMethod])
    }
  }
}
(lldb) p $14.get(0)
(method_t) $15 = {
  name = "helloWorldMethod"
  types = 0x0000000100000f7b "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100000cb0 (KCObjc`-[LqModel helloWorldMethod])
}

同樣的方式獲取到了方法列表中的方法炫隶，因為方法太多不一一打印，總結就是包括定義的實例方法阎曹、setter伪阶、getter等，類方法并沒有在方法列表中处嫌。