OC底层05：类结构分析

2020-09-20 本文已影响0人木扬音

在谈及面向对象编程的时候，总是离不开 对象 与 类 。对象 是对客观事物的抽象，类 是对 对象 的抽象。它们的关系是，对象 是 类 的实例，类 是 对象 的模板。
在OC中对象的信息存储在类中，那么类是以什么样的结果存在的呢，我们可以在objc的源码中找到下面代码，从中可以发现objc_class 是继承objc_object 的，也就是说 类 也是一个对象。这也是OC中万物皆对象的由来。因其继承自 objc_object ，自然默认就含有了 objc_object 的成员 isa。

isa和继承

image.png

我们可以通过isa流程和继承关系图发现

isa的走向有以下几点说明：

实例对象（Instance of Subclass）的 isa 指向类（class）
类对象（class） isa 指向元类（Meta class）
元类（Meta class）的isa 指向 根元类（Root metal class）
根元类（Root metal class）的isa 指向它自己本身，形成闭环，这里的根元类就是NSObject

superclass（即继承关系）的走向也有以下几点说明：

类 之间的继承关系：
- 子类（subClass） 继承自 父类（superClass）
- 父类（superClass） 继承自 根类（RootClass），此时的根类是指NSObject
- 根类 继承自nil，所以根类即NSObject可以理解为万物起源，即无中生有
元类也存在继承，元类之间的继承关系如下：
- 子类的元类（metal SubClass） 继承自 父类的元类（metal SuperClass）
- 父类的元类（metal SuperClass） 继承自 根元类（Root metal Class）
- 根元类（Root metal Class） 继承于 根类（Root class），此时的根类是指NSObject

-【注意】实例对象之间没有继承关系，类之间有继承关系

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;//8字节
    Class superclass; //8字节
    cache_t cache; //8字节            // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
}

isa：关于isa的在[OC底层04：isa和类的关联]，(https://www.jianshu.com/p/ad042414e5e4)可以找到答案，继承自objc_object的isa，占8字节
superclass：指向父类，依旧是Class类型，所以也占8字节
cache: 方法缓存列表，存储了最近调用的方法
bits：class_data_bits_t类型，存储详细的类信息
objc_class、objc_object、isa、object、NSObject

cache_t

我们进入cache_t，发现主要有如下几个属性

struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; // 是一个结构体指针类型，占8字节
    explicit_atomic<mask_t> _mask; //是mask_t 类型，而 mask_t 是 unsigned int 的别名，占4字节
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
    explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; //是指针，占8字节
    mask_t _mask_unused; //是mask_t 类型，而 mask_t 是 uint32_t 类型定义的别名，占4字节
    
#if __LP64__
    uint16_t _flags;  //是uint16_t类型，uint16_t是 unsigned short 的别名，占 2个字节
#endif
    uint16_t _occupied; //是uint16_t类型，uint16_t是 unsigned short 的别名，占 2个字节

通过计算cache_t中属性大小为16字节
所以我们可以通过获取类的首地址，通过平移32字节来获取bits中的内容

获取bits

准备工作

定义一个继承自NSObject的类YPPerson

@interface YPPerson : NSObject
{
    NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *yp_name;
- (void)sayHello;
+ (void)sayBye;
@end

@implementation YPPerson
- (void)sayHello{
}

+ (void)sayBye{
}
@end

通过lldb调试打印bits信息

image.png

获取属性列表

在class_data_bits_t方法class_rw_t，点进去class_rw_t中提供获取了属性列表、方法列表等方法

  const method_array_t methods() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->methods;
        } else {
            return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseMethods()};
        }
    }

    const property_array_t properties() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->properties;
        } else {
            return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProperties};
        }
    }

    const protocol_array_t protocols() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->protocols;
        } else {
            return protocol_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProtocols};
        }
    }

所以我们在刚刚获取到的bits信息基础上，通过class_rw_t提供的方法，我们可以继续打印出属性列表

获取属性列表

p $3.properties()命令中的propertoes方法是由class_rw_t提供的,方法中返回的实际类型为property_array_t(数组)
由于list的类型是property_list_t，是一个指针，所以通过p *$5获取内存中的信息，同时也证明bits中存储了property_list，即属性列表
p $6.get(1)，获取YPPerson中的成员变量，发现会报错，提示数组越界了，说明 property_list 中只有一个属性yp_name

获取方法列表

image.png

通过 p $4.methods()获得具体的方法列表的list结构，其中methods也是class_rw_t提供的方法
通过打印的count = 4可知，存储了4个方法,可以通过p $7.get(i)内存偏移的方式获取单个方法,i 的范围是0-3
如果在打印 p $7.get(4)，获取第五个方法，也会报错，提示数组越界

OC底层05：类结构分析

isa和继承

cache_t

获取bits

准备工作

获取属性列表

获取方法列表

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