Runtime之runtime解析

OC中类的源码

#if !OBJC_TYPES_DEFINED
/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
#endif

/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

/// A pointer to the function of a method implementation. 
#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 
#else
typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...); 
#endif

objc_object 源码

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;

public:
  ......
}

isa_t 源码

union isa_t {
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

objc_class 源码

objc_class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

  .......
}

isa指针

isa指针.png

isa指针是什么含义？

指针型isa和非指针型isa,非指针型只有前30-40多位用来代表Class的地址，在寻址过程中只寻找30-40位的地址，就保证了我们可以寻找到想要的Class的地址，多出来的可以用来存储其他的相关内容，这样做可以达到一个节省内存的目的。

isa指向

isa指向.png

• 实例在OC中对应的就是id类型,表述在runtime中对应的就是objc_object，objc_object当中一个isa指针，对于实例来说他的isa指针指向他对应的Class(类对象)
• Class在runtime中对应的是objc_class,objc_class又继承自objc_object,所以说Class也是一种对象，称之为类对象，由于继承自objc_object所以也有一个isa指针，这个指针指向的是元类对象。
• 在进行方法调用的时候，在调用实例的实例方法时，实际上是通过isa指针到类对象当中去进行方法查找，如果调用的是一个类方法，通过类对象的isa指针到元类对象中进行方法的查找。

cache_t

• 用于快速查找方法执行函数

• 是可增量扩展的哈希表结构

  当结构所存储的量在增大的过程中，他会增量的扩大他的内存空间，来支持更多的缓存。用哈希表来实现数据结构，主要是为了提高查找效率

• 是局部性原理的最佳应用

  局部性原理是指计算机在执行某个程序时，倾向于使用最近使用的数据。局部性原理有两种表现形式：时间局部性和空间局部性。

  时间局部性是指被引用过的存储器位置很可能会被再次引用，例如：重复的引用一个变量时则表现出较好的时间局部性

  空间局部性是指被引用过的存储器位置附近的数据很可能将被引用；例如：遍历二维数组时按行序访问数据元素具有较好的空间局部性

cache_t源码

struct bucket_t {
private:
    // IMP-first is better for arm64e ptrauth and no worse for arm64.
    // SEL-first is better for armv7* and i386 and x86_64.
#if __arm64__
    MethodCacheIMP _imp; //无类型的函数指针
    cache_key_t _key;  //方法选择器
#else
    cache_key_t _key;
    MethodCacheIMP _imp;
#endif

public:
    inline cache_key_t key() const { return _key; }
    inline IMP imp() const { return (IMP)_imp; }
    inline void setKey(cache_key_t newKey) { _key = newKey; }
    inline void setImp(IMP newImp) { _imp = newImp; }

    void set(cache_key_t newKey, IMP newImp);
};


struct cache_t {
    struct bucket_t *_buckets;
    mask_t _mask;
    mask_t _occupied;

public:
    struct bucket_t *buckets();
    mask_t mask();
    mask_t occupied();
    void incrementOccupied();
    void setBucketsAndMask(struct bucket_t *newBuckets, mask_t newMask);
    void initializeToEmpty();

    mask_t capacity();
    bool isConstantEmptyCache();
    bool canBeFreed();

    static size_t bytesForCapacity(uint32_t cap);
    static struct bucket_t * endMarker(struct bucket_t *b, uint32_t cap);

    void expand();
    void reallocate(mask_t oldCapacity, mask_t newCapacity);
    struct bucket_t * find(cache_key_t key, id receiver);

    static void bad_cache(id receiver, SEL sel, Class isa) __attribute__((noreturn));
};

cache_t结构.png

class_data_bits_t

• class_data_bits_t主要是对class_rw_t的封装

• class_rw_t代表了类相关的读写信息、对class_ro_t的封装

  class_rw_t给类添加的一些分类当中的方法，属性，或者协议，都是在这个数据结构当中

• class_ro_t代表了类相关的只读信息。

源码

class_data_bits_t

struct class_data_bits_t {

    // Values are the FAST_ flags above.
    uintptr_t bits;
private:
    bool getBit(uintptr_t bit)
    {
        return bits & bit;
    }
.........
  
public:

    class_rw_t* data() {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
    void setData(class_rw_t *newData)
    {
        assert(!data()  ||  (newData->flags & (RW_REALIZING | RW_FUTURE)));
        // Set during realization or construction only. No locking needed.
        // Use a store-release fence because there may be concurrent
        // readers of data and data's contents.
        uintptr_t newBits = (bits & ~FAST_DATA_MASK) | (uintptr_t)newData;
        atomic_thread_fence(memory_order_release);
        bits = newBits;
    }
  .......
}

class_rw_t源码展示

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

    const class_ro_t *ro;

    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;

#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    uint32_t index;
#endif

    void setFlags(uint32_t set) 
    {
        OSAtomicOr32Barrier(set, &flags);
    }

    void clearFlags(uint32_t clear) 
    {
        OSAtomicXor32Barrier(clear, &flags);
    }

    // set and clear must not overlap
    void changeFlags(uint32_t set, uint32_t clear) 
    {
        assert((set & clear) == 0);

        uint32_t oldf, newf;
        do {
            oldf = flags;
            newf = (oldf | set) & ~clear;
        } while (!OSAtomicCompareAndSwap32Barrier(oldf, newf, (volatile int32_t *)&flags));
    }
};

图形结构

class_rw_t.png

class_ro_t源码展示

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;

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

图形结构展示

class_ro_t.png

ro意为readOnly，即类本身拥有的东西，已经完成后续不会再增加删除，所以使用了一维数组存储。

method_t源码实现

struct method_t {
    SEL name;
    const char *types;
    MethodListIMP imp;

    struct SortBySELAddress :
        public std::binary_function<const method_t&,
                                    const method_t&, bool>
    {
        bool operator() (const method_t& lhs,
                         const method_t& rhs)
        { return lhs.name < rhs.name; }
    };
};

函数与method_t的关系

method_t.png

Type Encodings

• const char* types

type_encoding.png

总结

objc整体结构.png