iOS runtime 内存模型

源码下载地址：https://opensource.apple.com/tarballs/objc4/，我下载了当前最新的objc4-779.1.tar.gz

注：iPhone 程序和 Mac OS X v10.5 及以后的系统中的 64 位程序使用的都是 Objective-C 运行时系统的objc 2.0版本。源码中有大量宏条件, 注意查看条件。如#if !__OBJC2__, 此条件下的代码是无效的，网上流传的许多以前的资料是过时的，有助于理解，但注意区分。

对象

OC是一门面向对象的语言，一切皆对象。OC中定义的对象是struct objc_object，被定义在了objc-private.h文件中。

struct objc_object {
private:
  isa_t isa;

public:
  Class ISA();
  Class rawISA();
  Class getIsa();
  
  uintptr_t isaBits() const;

  void initIsa(Class cls /*nonpointer=false*/);
  void initClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
  void initProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
  void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor);

  Class changeIsa(Class newCls);
....
}

这里面有一个最重要的私有变量isa,它是一个指针，指向的是什么，用一个清晰明了的图来看一下（superclass看下段中类的源码就明白了）。

网上最有名的解释isa、superclass指向的图
yy大神画的这个图我觉得更清晰明了，本来自己想画的就是这种

注：根元类一般是NSObject， 还有一个NSProxy，这里假定Cat继承自NSObject，如果继承自NSProxy，图中的NSObject换成NSProxy即可。

此文件中也能找到id的定义，typedef struct objc_object *id;。那么也就能理解为什么id能指向任何对象了。

类

类其实也是一个对象，被定义为struct objc_class，在objc-runtime-new.h文件中，继承自objc_object。

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

    class_rw_t *data() const {
        return bits.data();
    }
    void setData(class_rw_t *newData) {
        bits.setData(newData);
    }

    void setInfo(uint32_t set) {
        ASSERT(isFuture()  ||  isRealized());
        data()->setFlags(set);
    }
....
}

cache_t cache cache 是为了方法调用性能优化，将调用过的方法缓存，当对某个对象发送消息时先从cache中找，找不到再到isa指向的类中寻找方法实现。提高效率。
class_data_bits_t内容很少，重点在包装的bits.data().
class_rw_t 是bits.data()返回的类型。class_rw_t可以动态修改。可以动态添加方法、属性到methods,properties,properties中。class_rw_t 包含class_ro_t 。

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint16_t version;
    uint16_t witness;

    const class_ro_t *ro;

    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;

    ...

class_ro_t存储的大多是类在编译时就已经确定的信息。

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

    const uint8_t * ivarLayout;
    
    const char * name;
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
...
}

元类

类也是对象，是某个类的实例。这个“某个类”被称为元类。

• 类的isa指针指向其元类
• 元类也是某个类的实例，这个“某个类”被称为根元类。
• 元类的isa指针指向根元类，根元类的isa指针指向自己
• 类方法保存在元类中

参考：

1. 证明isa指向关系，以及簇类
   https://blog.csdn.net/u013480070/article/details/100155929
2. 对象的方法存在类中，类方法存在元类中
   https://juejin.im/post/5ac649b6518825558a06da89
3. 雷纯锋Objective-C 对象模型
4. YY大神的 Objective-C 中的类和对象
5. 玉令天下Objective-C Runtime