iOS类与方法底层探析（一）-源码探析

类与方法的底层实现

首先创建一个类：

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface PlatoJobs : NSObject

@property(nonatomic,copy)NSString *myProperty;

-(void)pjmethod;

@end

----


@implementation PlatoJobs

-(void)pjmethod{
    
    NSLog(@"PlatoJobs's method");
    
}

+(void)PJ_ClassMethod{
    
    NSLog(@"PlatoJobs's class method");
    
}



NS_ASSUME_NONNULL_END

用clang转化为c++代码，会生成一个cpp文件
命令如下：xcrun -sdk iphoneos clang -rewrite-objc -F UIKit -fobjc-arc -arch arm64 xxxx.m .
⚠️：xxx.m就是你要转化的文件。

Last login: Sat Dec 14 15:16:41 on ttys003
platojobs@PlatoJobsdeMacBook-Pro ~ % xcrun -sdk iphoneos clang -rewrite-objc -F UIKit -fobjc-arc -arch arm64 /Users/platojobs/Desktop/ClassAny/ClassAny/PlatoJobs.m

由于引入UIKit，所以该文件的体积会比较大
此.cpp文件比较多，我们只分析关键的：
文件的最后：
可以看到我们定义的类PlatoJobs写到了 __DATA, __objc_classlist这个section中，这里对应的就是所有类的列表。

static struct _class_t *L_OBJC_LABEL_CLASS_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_classlist,regular,no_dead_strip")))= {
    &OBJC_CLASS_$_PlatoJobs,
};

再向上可以看到 static void OBJC_CLASS_SETUP_$_PlatoJobs(void )方法对类的初始化。具体如下：

extern "C" __declspec(dllimport) struct _class_t OBJC_METACLASS_$_NSObject;

extern "C" __declspec(dllexport) struct _class_t OBJC_METACLASS_$_PlatoJobs __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_data"))) = {
    0, // &OBJC_METACLASS_$_NSObject,
    0, // &OBJC_METACLASS_$_NSObject,
    0, // (void *)&_objc_empty_cache,
    0, // unused, was (void *)&_objc_empty_vtable,
    &_OBJC_METACLASS_RO_$_PlatoJobs,
};

extern "C" __declspec(dllimport) struct _class_t OBJC_CLASS_$_NSObject;

extern "C" __declspec(dllexport) struct _class_t OBJC_CLASS_$_PlatoJobs __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_data"))) = {
    0, // &OBJC_METACLASS_$_PlatoJobs,
    0, // &OBJC_CLASS_$_NSObject,
    0, // (void *)&_objc_empty_cache,
    0, // unused, was (void *)&_objc_empty_vtable,
    &_OBJC_CLASS_RO_$_PlatoJobs,
};
static void OBJC_CLASS_SETUP_$_PlatoJobs(void ) {
    OBJC_METACLASS_$_PlatoJobs.isa = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
    OBJC_METACLASS_$_PlatoJobs.superclass = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
    OBJC_METACLASS_$_PlatoJobs.cache = &_objc_empty_cache;
    OBJC_CLASS_$_PlatoJobs.isa = &OBJC_METACLASS_$_PlatoJobs;
    OBJC_CLASS_$_PlatoJobs.superclass = &OBJC_CLASS_$_NSObject;
    OBJC_CLASS_$_PlatoJobs.cache = &_objc_empty_cache;
}

OBJC_CLASS_$_PlatoJobs是一个 _class_t结构，其定义如下：

struct  _class_t {
struct  _class_t *isa;
struct  _class_t *superclass;
void *cache;
void *vtable;
struct  _class_ro_t *pro;

}

它的isa和superclass都是_class_t类型的结构体，从setup方法可以看到，PlatoJobs类的isa是meta PlatoJobs，它的superclass是NSObject。而 meta PlatoJobs的isa是指向 meta NSObject，它的superclass是meta NSObject根据oc中类的继承关系，可以看到如下图：

11576311307_.pic.jpg

实线代表superclass指针，虚线代表isa指针，一个类的实例的isa指向它的class，类的superclass指向它的父类，类的isa指向它的meta-class，类的meta-class的superclass指向父类的meta-class，一直到NSObject的meta-class，它的meta-class的superclass就是它自己。NSObject类的superclass为nil.

我们接着看OBJC_CLASS_$_PlatoJobs,其中OBJC_CLASS_$_PlatoJobs这是一个readonly的属性，是在编译器中确定的，并且是只读的。找到该变量的定义，具体如下：

static struct _class_ro_t _OBJC_CLASS_RO_$_PlatoJobs __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    0, __OFFSETOFIVAR__(struct PlatoJobs, _myProperty), sizeof(struct PlatoJobs_IMPL), 
    0, 
    "PlatoJobs",
    (const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_PlatoJobs,
    0, 
    (const struct _ivar_list_t *)&_OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_PlatoJobs,
    0, 
    (const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_PlatoJobs,
};

而struct _class_ro_t如下：

struct _class_ro_t {
    unsigned int flags;
    unsigned int instanceStart;
    unsigned int instanceSize;
    const unsigned char *ivarLayout;
    const char *name;
    const struct _method_list_t *baseMethods;
    const struct _objc_protocol_list *baseProtocols;
    const struct _ivar_list_t *ivars;
    const unsigned char *weakIvarLayout;
    const struct _prop_list_t *properties;
};

该结构保存在__DATA,__objc_const中，是一个_class_ro_t类型的变量，里面包含了实例的大小，方法、变量和属性，_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_PlatoJobs的定义如下：

struct _objc_method {
    struct objc_selector * _cmd;
    const char *method_type;
    void  *_imp;
};

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[3];
} _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_PlatoJobs __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    3,
    {{(struct objc_selector *)"pjmethod", "v16@0:8", (void *)_I_PlatoJobs_pjmethod},
    {(struct objc_selector *)"myProperty", "@16@0:8", (void *)_I_PlatoJobs_myProperty},
    {(struct objc_selector *)"setMyProperty:", "v24@0:8@16", (void *)_I_PlatoJobs_setMyProperty_}}
};

这里定义了方法的个数以及每个方法，需要注意的是这里是只有实例方法，而类方法定义在meta-class中，可以看到这里的实例方法有pjmethod，myProperty，setMyProperty后面两个方法是编译器根据属性myProperty自动生成的setter和getter方法方法的定义中包括方法名、方法签名（Type Encodings）和方法的实现。如果想详细了解Type Encodings可以查看苹果官方文档。pjmethod方法的实现如下：

static __NSConstantStringImpl __NSConstantStringImpl__var_folders_wm_jgydmfmx3vnbhg_9dglv581c0000gn_T_PlatoJobs_a876b6_mi_0 __attribute__ ((section ("__DATA, __cfstring"))) = {__CFConstantStringClassReference,0x000007c8,"PlatoJobs's method",18};

类方法

static struct /*_method_list_t*/ {
    unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
    unsigned int method_count;
    struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CLASS_METHODS_PlatoJobs __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
    sizeof(_objc_method),
    1,
    {{(struct objc_selector *)"PJ_ClassMethod", "v16@0:8", (void *)_C_PlatoJobs_PJ_ClassMethod}}
};

我们接着看一下PlatoJobs类的实现:

struct NSObject_IMPL {
    __unsafe_unretained Class isa;
};

struct PlatoJobs_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString * _Nonnull __strong _myProperty;
};

最后送大家一副图帮助大家理解：

21576313402_.pic.jpg

后面我会分析：
iOS类与方法底层探析（二）运行时类的内存结构
iOS类与方法底层探析（三）-方法调用的消息机制
iOS类与方法底层探析（四）-方法调用RunTime的具体应用