iOS底层原理

iOS底层-isa结构分析

2020-09-11  本文已影响0人  何必太轻浮

本位的主要目的是分析isa是什么还有isa的结构。

那么，在介绍isa之前，我们首先必须了解几个概念

简单来说，Clang是LVVM的前端，LVVM是Clang的后端，如图：


pic0 
@interface MCPerson : NSObject
@property (nonatomic,strong) NSString *name;
@end

@implementation MCPerson
@end

使用Clang对main.m进行编译

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

会编译生成main.cpp文件，这里补充几个clang编译的命令

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
// 把目标文件编译成c++文件 UIKit报错问题
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/ iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m
//`xcode`安装的时候顺带安装了`xcrun`命令，`xcrun`命令在`clang`的基础上进行了 一些封装，要更好用一些
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (模拟器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp (手机)

查看编译生成的main.cpp文件

struct NSObject_IMPL {//NSObject被编译成了结构体，里面有isa指针
    Class isa;
};

struct MCPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *_name;
};

// @implementation MCPerson 
//get、set方法
static NSString * _I_MCPerson_name(MCPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_MCPerson$_name)); }
static void _I_MCPerson_setName_(MCPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_MCPerson$_name)) = name; }
// @end

这里的isa是Class类型的，为什么isa是Class类型的呢？因为这里强转了，在alloc流程中isa是用isa_t声明的,而在NSObject定义中isa的类型是Class，其根本原因是由于isa 对外反馈的是类信息，为了让开发人员更加清晰明确，需要在isa返回时做了一个类型强制转换


pic0

除了MCPersong的底层定义，我们发现还有属性 name 对应的 set 和 get方法，如下图所示，其中set方法的实现依赖于runtime中的objc_setProperty。

但是我们编译出来没有这个方法，很奇怪，没objc_setProperty这个方法呀？是什么问题呢？

// @implementation MCPerson
static NSString * _I_MCPerson_name(MCPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_MCPerson$_name)); }
static void _I_MCPerson_setName_(MCPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_MCPerson$_name)) = name; }
// @end

这里需要使用copy修饰属性，然后重新编译就可以了

// @implementation MCPerson
static NSString * _I_MCPerson_name(MCPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_MCPerson$_name)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);

static void _I_MCPerson_setName_(MCPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct MCPerson, _name), (id)name, 0, 1); }
// @end

然后再002-objc4-781源码找到这个函数


pic2

为了验证调用set方法是否走这几个函数，在源码工程文件中新建target，然后再target的main.m函数中新建类

#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>

@interface MCPerson : NSObject
@property (nonatomic,copy) NSString *name;
@end

@implementation MCPerson
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MCPerson *p = [MCPerson alloc];
        p.name = @"asdasdasd";
    }
    return 0;
}

在调用.name函数的时候打断点，发现住了objc_setProperty_nonatomic_copy这个方法，很奇怪，objc_setProperty的一个扩展吧，不多里面调用的内容是差不多的，这里做个记号，以后解析一下


pic2

reallySetProperty 分析

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    if (offset == 0) {
        object_setClass(self, newValue);//设置isa指向
        return;
    }

    id oldValue;
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);

    if (copy) {
        newValue = [newValue copyWithZone:nil];
    } else if (mutableCopy) {
        newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
    } else {
        if (*slot == newValue) return;
        newValue = objc_retain(newValue);//返回新值
    }

    if (!atomic) {
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;//
    } else {
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        slotlock.lock();
        oldValue = *slot;
        *slot = newValue;  //
        slotlock.unlock();
    }

    objc_release(oldValue);//释放旧址
}

如图：


pic4

cls 与 类 的关联原理

在此之前，需要先了解什么是联合体，为什么isa的类型isa_t是使用联合体定义

构造数据类型的方式有以下两种：

结构体

结构体是指把不同的数据组合成一个整体，其变量是共存的，变量不管是否使用，都会分配内存。

联合体

联合体也是由不同的数据类型组成，但其变量是互斥的，所有的成员共占一段内存。而且共用体采用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会将原来成员的值覆盖掉

两者的区别

内存占用情况

结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响
共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员
内存分配大小

结构体内存 >= 所有成员占用的内存总和（成员之间可能会有缝隙）
共用体占用的内存等于最大的成员占用的内存(所以成员共享内存)
isa的类型 isa_t

以下是isa指针的类型isa_t的定义，从定义中可以看出是通过联合体（union）定义的。

union isa_t { //联合体
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    //提供了cls 和 bits ，两者是互斥关系
    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

从isa_t的定义中可以看出：

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
    if (!nonpointer) {//此处判断如何初始化isa
        //通过cls初始化，bits无默认值
        isa = isa_t((uintptr_t)cls);
    } else {//一般我们创建的类都是nonpointer=true 
        //通过bits初始化，cls有默认值
        ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
        ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
        isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
        ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
        newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
        // isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
        // isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        // isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
        // isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
        isa = newisa;
    }
}
pic5

针对两种不同平台，其isa的存储情况如图所示

pic6
上一篇 下一篇

猜你喜欢

热点阅读