Runtime 之 class结构

1、Class的结构

类对象(class)是程序员定义并在运行时由编译器创建的。
通过对类对象进行alloc、new操作创建出实例对象(instance)。
元类对象(meta-class)是类对象的类，是类对象中isa指针所指的类。

实例对象、类、元类

在源码中，Class是一个指向objc_class结构体的指针。

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;

他的内部结构如下：

Class的结构.png

class_rw_t
class_rw_t：rw表示可读写
class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容。

class_rw_t的结构
class_ro_t
class_ro_t：ro表示只读
class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容。
class_ro_t的结构
一开始，类的结构里class_rw_t没有内容。在后续过程中，会将class_ro_t里的初始内容拷贝到class_rw_t中，如果有新增分类，分类里的内容也会被写入到class_ro_t中。
待完善

2、方法的结构method_t

Method是一种代表类中的某个方法的类型。

typedef struct method_t *Method;

method_t就是对方法的封装，在上面class_rw_t、class_ro_t中的方法列表里，都含有结构体method_t，它存储了方法名、方法类型和方法实现。

struct method_t {
    SEL name;           //方法名、函数名
    const char *types;  //编码(返回值类型、参数类型)
    IMP imp;            //指向函数的指针(函数地址)

    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; }
    };
};

SEL

typedef struct objc_selector *SEL;

代表方法名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似；
可以通过@selector()和sel_registerName()获得；
可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串；
相同名字的方法即使在不同类中定义，它们的方法选择器也相同。

types

types

方法类型 types 是个char指针，存储着方法的参数类型和返回值类型。
types里存贮的内容是encode每个方法的返回值、参数类型，将这些信息保存在一个字符串里，再将这个string与selector关联起来。
（涉及到的知识点：Type Encodings）。

IMP

#if !OBJC_OLD_DISPATCH_PROTOTYPES
typedef void (*IMP)(void /* id, SEL, ... */ ); 
#else
typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...); 
#endif

它就是一个函数指针，这是由编译器生成的。
当你发起一个 ObjC 消息之后，最终它会执行的那段代码，就是由这个函数指针指定的，而 IMP 这个函数指针就指向了这个方法的实现。既然得到了执行某个实例某个方法的入口，我们就可以绕开消息传递阶段，直接执行方法。
IMP 指向的方法与 objc_msgSend 函数类型相同，参数都包含 id和 SEL 类型。每个方法名都对应一个 SEL 类型的方法选择器，而每个实例对象中的 SEL 对应的方法实现肯定是唯一的，通过一组 id和 SEL参数就能确定唯一的方法实现地址。

3、方法缓存

在调用方法时会根据对象的isa指针找到类对象，在类对象的列表(class_rw_t中的methods列表)里找对象方法，如果找不到会通过superClass指针找到父类的类对象，然后在其方法列表中查找。
为了节省时间，苹果在objc_class结构体中设计了一个cache用来缓存调用过的方法。当第一次调用某个方法时，找到该方法后，会将这个方法存放到cache中，下次再调用该方法时，会先在类对象isa中的cache中找方法。

struct cache_t {
    struct bucket_t *_buckets; // 散列表，数组里面放的是bucket_t这个结构
    mask_t _mask;           //散列表的长度-1
    mask_t _occupied;       //已经缓存的方法数量
    //...more code...
};


struct bucket_t {
    cache_key_t _key; //SEL作为Key
    IMP _imp;  //函数的内存地址
    //... more code ...
};

chche_t的结构如上，通过散列表(哈希表)来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度。
具体做法是用@selector() & _mask得到一个索引值，根据这个索引去散列表中找到方法的_imp，如果查找结果不对，会索引值减1，再对比方法。由于_mask的值为散列表长度减1，这样保证查找范围不会超过散列表范围。而且当散列表不够存储时，散列表容量扩大一倍并清除内容再重新缓存方法。