今天研究一下 OC 中方法的底層實(shí)現(xiàn)原理,在研究method之前,我們先搞清楚Class的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).
先用一張圖說明類的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),然后我們在從runtime源碼中驗(yàn)證:

類的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

我們在runtime源碼中搜索struct objc_class {知道類的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要如下:

struct objc_class {
    Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache; // 方法緩存
    class_data_bits_t bits; // 獲取具體的類信息
}

class_data_bits_t bits中存儲具體的類的信息,在class_data_bits_t結(jié)構(gòu)體內(nèi)部仔細(xì)查找,發(fā)現(xiàn)有這么一句代碼:

class_rw_t* data() {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }

class_rw_t是可讀可寫的表,里面存儲著類和分類的信息:

struct class_rw_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t version;
    const class_ro_t *ro;//只讀表,存儲類原始信息
    method_array_t methods;//方法列表
    property_array_t properties;//屬性列表
    protocol_array_t protocols;//協(xié)議列表
    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
}

class_ro_t是只讀表,里面存儲著類的原始信息:

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;//instance對象占用的內(nèi)存空間,class_getInstanceSize
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
    const uint8_t * ivarLayout;
    const char * name;//類名
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;//成員變量
    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
};

實(shí)際上,一開始的時(shí)候,類中是沒有class_rw_t的,是runtime后來創(chuàng)建的,這一點(diǎn)我們也可以從源碼中找到:

class_rw_t 的創(chuàng)建

• 1: Class底層結(jié)構(gòu)體主要有4個成員變量:isa , superClass , catche , bits.
• 2:catche中存儲的調(diào)用過的方法的緩存,這個我們下面會講.
• 3:bits & FAST_DATA_MASK會得到一個可讀可寫的數(shù)據(jù)表:class_rw_t,class_rw_t用來存儲類原始信息和分類附加的信息.需要注意的是,class_rw_t這個表一開始是不存在的,后來需要的時(shí)候才創(chuàng)建的.
• 4:class_ro_t是只可讀的數(shù)據(jù)表,它里面存儲著類原始的信息

OC方法的調(diào)用順序是如果是調(diào)用實(shí)例方法,就通過實(shí)例對象的isa指針找到類對象,從類對象的方法列表中查找,如果如果沒找到,在通過superClass從父類的方法列表中查找,這樣一層一層往上找;如果是調(diào)用類方法,就通過類對象的isa找到元類,從元類的方法列表中查找,如果沒找到再打通過superClass到元類的父類中查找...
但是我們想想,如果一個方法調(diào)用的很頻繁,難道每次都要通過這種方式一遍遍查找嗎?顯然這種方式是低效的,runtime采用了一種更高效的方式來處理這種情況:如果方法第一次被調(diào)用后,會緩存到 cache 中,下次再調(diào)用的時(shí)候直接從 cache 中查找.
cache的底層結(jié)構(gòu)如下:

cache 底層結(jié)構(gòu)

bucket_t 底層結(jié)構(gòu)

bucekts 數(shù)組

find 方法

chache_next() 方法

method_t 在 class_rw_t 中的位置

method_t 結(jié)構(gòu)體

• SEL: 方法名,函數(shù)名,一般叫做選擇器,底層結(jié)構(gòu)跟 char *類似
  · 可以通過@selector和sel_registerName()獲得.
  · 可以通過sel_getName()和NSStringFromSelector()轉(zhuǎn)成字符串.
  · 不同類中相同名字的方法,所對應(yīng)的方法選擇器是相同的.
• IMP: 函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)
• types: 包含了函數(shù)的返回值類型,參數(shù)類型編碼的字符串
  例如我們隨便聲明一個函數(shù)- (void)test;,他的types就是v16@0:8.代表的意思是:
  
  types 解釋圖
  
  有人可能會覺得奇怪,- (void)test方法并沒有參數(shù)呀,為什么types會多出兩個參數(shù)?
  實(shí)際上,每一個OC方法都會默認(rèn)有兩個參數(shù),比如說- (void)test的完整形式就是:- (void)test:(id self SEL sel),這也就是為什么我們能在每個方法中調(diào)用self,其實(shí)是方法參數(shù).至于為什么void用v表示,id用@,這都是蘋果規(guī)定的,在蘋果官方文檔中有對照表:
  
  對照表

另外iOS中還提供了一個@encode()指令,可以將具體類型轉(zhuǎn)換成字符串編碼.

encode

總結(jié):

• OC 方法在第一次調(diào)用后,會被添加到cache_t緩存中,下次調(diào)用時(shí)直接從緩存中查找.
• cache_t中有三個成員變量buckets,_mask,_occupied:
  buckets是一個數(shù)組,存放著一個個的bucket_t.
  _mask是buckets數(shù)組的數(shù)量減 1,外部傳入的 SEL & _mask得到buckets數(shù)組中的索引(下標(biāo)).
  _occupied:已經(jīng)緩存的方法.
• bucket_t有兩個成員key,imp
key就是SEL;imp就是方法的實(shí)現(xiàn)地址.
• OC 方法的底層是method_t 結(jié)構(gòu)體,主要有三個成員:
  name:函數(shù)名稱;
  types:編碼,(函數(shù)返回值類型和參數(shù)類型);
  imp:函數(shù)地址

驗(yàn)證:
上面講的都是從源碼中推測出來的理論,實(shí)際上是不是這樣呢?我們自己敲代碼驗(yàn)證一番.
我們創(chuàng)建3個類Son , Mother , Person,他們之間的繼承關(guān)系是:Son : Mother : Person,這3個類中都有一個- (void)personTest;方法.

方法調(diào)用之前

方法調(diào)用之后

_buckets 擴(kuò)容:
現(xiàn)在我們更改一下代碼,創(chuàng)建一個Son的實(shí)例對象son,分別調(diào)用Son , Mother , Person的test方法:

擴(kuò)容之前

擴(kuò)容之后

expand()

reallocate 重新分配內(nèi)存

OK,通過上面兩張圖我們知道了buckets是如何擴(kuò)展容量的:如果 buckets 的容量不夠用了,就直接用舊容量 乘以 2 ,重新分配內(nèi)存空間.并且把舊的緩存方法都清除.