類的結構分析
類分析初探
首先我們先創建一個類LGPerson，再創建一個繼承于LGPerson的子類LcrTeacher。
@interface LGPerson : NSObject
{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
-(void)sayHello;
+(void)say88;
@end
#import "LGPerson.h"
@implementation LGPerson
-(void)sayHello{
}
+(void)say88{
}
@end
#import "LGPerson.h"
@interface LcrTeacher : LGPerson
@end
#import "LcrTeacher.h"
@implementation LcrTeacher
@end
在main.m文件中我們創建兩個對象：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
//ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
LcrTeacher *teacher = [LcrTeacher alloc];
NSLog(@"%@ ---- %@",person,teacher);
}
return 0;
}
利用lldb調試我們打印出下面圖片中一些信息：
如上圖所示，1 、2處的打印結果都為LGPerson，1處是因為person對象的指針指向類，所以當此對象的指針地址&ISA_MASK時，所得到的就是LGPerson類地址，打印即為LGPerson。2 處打印的地址是類的isa&ISA_MASK后得到的元類的信息，那么這個元類到底是什么？
元類
對象的isa指向的是所對應的類的信息，類其實也是一個對象，它的內存信息中保存的位域信息所指向的就是由蘋果定義的元類：
1.元類是由系統定義并創建的，這個過程是在編譯期間完成的。
2.元類的類對象是類，元類中保存著類的相關類方法信息。
3.元類是沒有自己的名字，由于與當前類相關聯，所以蘋果直接拿當前類名命名元類。
由此，上面的1、2處打印的都為LGPerson就是元類導致的。
通過lldb可以調試元類信息鏈，即isa走向，對象--->類--->元類--->根元類--->根類（NSObject）:
上圖可見：
-
對象的isa指向類。 -
類的isa指向元類。 -
元類的isa指向根元類。 -
根元類的isa指向自己。
著名isa及Superclass走位圖
結合上面的工程，將我們自定義的類信息放上去，isa及Superclass走向一目了然：
-
isa走向：-
teacher走位鏈：teacher（對象） --->LcrTeacher（類） --->LcrTeacher（元類） --->NSObject（根元類）--->NSObject（自己） 。 -
person走位鏈：person（對象）--->LGPerson（類） --->LGPerson（元類） --->NSObject（根元類）--->NSObject（自己） 。
-
-
Superclass走向：-
類的走向鏈：Lcrteacher（子類）--->LGPerson（父類） --->NSObject（根類） --->nil。 -
元類的走向鏈：LcrTeacher（子類元類） --->LGPerson（父類元類） --->NSObject（根元類） --->NSObject（根類） --->nil。
-
objc_object & objc_class
在繼續下面類的結構分析之前，我們先來了解objc_object 和 objc_class兩個概念，以及它們之間是怎樣的關系？
objc_class:
在上篇文章iOS底層 - isa與類關聯的原理 中，通過clang編譯過的main.cpp文件中可以看到類的底層結構：
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
typedef struct objc_class *Class;
NSObject 被編譯成了一個NSObject_IMPL結構體，里面有一個Class類型的isa,類型Class 是由objc_class 定義的。
在源碼objc4-781源碼中我們搜索objc_class，找到最新源碼:
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);
}
void clearInfo(uint32_t clear) {
ASSERT(isFuture() || isRealized());
data()->clearFlags(clear);
}
//略
}
從objc_class的源碼中看出objc_class 是繼承自objc_object的。
objc_object:
查看源碼，在objc.h及objc_private.h兩個文件中分別能找到objc_object的源碼實現：
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
public:
// ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
Class ISA();
//略
}
那么objc_class和objc_object 以及 NSObject 、對象到底是什么關系？
-
objc_class繼承自objc_object，所以objc_class中有一個繼承過來的isa屬性。 - 通過
clang編譯的main.cpp 中看出NSObject_IMPL中有一個Class類型的isa，而Class是由objc_class定義的,而objc_class又繼承自objc_object，所以可知所有以NSObject所創建的對象都有一個isa屬性。 - 即
objc_object是一個對象創造的根類，所有對象創建之后都帶有objc_object的特性，帶有一個isa屬性。
總結
- 所有的
對象+類+元類都有isa。 - 所有的對象都是由
objc_object繼承來的。 - 簡單概括就是
萬物皆對象，萬物皆來源于objc_object，有以下兩點結論：- 所有以
objc_object為模板 創建的對象，都有isa屬性 - 所有以
objc_class為模板，創建的類，都有isa屬性
- 所有以
- 在結構層面可以通俗的理解為
上層OC與底層的對接：-
下層是通過 結構體 定義的 模板，例如objc_class、objc_object -
上層是通過底層的模板創建的 一些類型，例如LGPerson
可以用下圖表示出:
objc_object & objc_class & isa
-
類的結構分析
上面分析可知類是以objc_class為模版創建的，那么我們就從objc_class入手研究類底層結構:
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();
}
//省略下方方法
}
- 繼承于objc_object，默認帶有一個isa,大小為8字節。
- 父類superclass，objc_class定義的一個Class類型的結構體指針，大小也為8字節。
- cache 類的緩存信息，結構體cache_t類型，我們在下面會計算cache屬性大小。（cache是一個結構體，而不是結構體指針，不能簡單地認為大小8字節）
- bits 存放類的一些信息，class_data_bits_t 結構體類型，接下來我們就針對這個bits里存放的信息進行一步步探究。
cache大小
struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; //8
explicit_atomic<mask_t> _mask; //4
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; // 8
mask_t _mask_unused; // 4
//過濾一些靜態的，因為靜態不計入結構體的大小
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
// _maskAndBuckets stores the mask shift in the low 4 bits, and
// the buckets pointer in the remainder of the value. The mask
// shift is the value where (0xffff >> shift) produces the correct
// mask. This is equal to 16 - log2(cache_size).
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
mask_t _mask_unused;
static constexpr uintptr_t maskBits = 4;
static constexpr uintptr_t maskMask = (1 << maskBits) - 1;
static constexpr uintptr_t bucketsMask = ~maskMask;
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif
#if __LP64__
uint16_t _flags; //2
#endif
uint16_t _occupied; //2
//省略下面的方法,結構體大小只和屬性有關
}
有上面代碼可得，cache大小為16，所以8 + 8 + 16 ，想獲得bts里的信息的話，我們可利用指針偏移32來獲取類信息中的bits，這樣就可以訪問類相關的一些信息了。
其中data()方法獲取信息，是objc_class提供的方法：
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
目前已經拿到了bits信息，但是還不夠，我們暫時還看不到一些具體的類的信息，所以我們繼續往下探索：
bits 查看屬性列表 property_list
由于上方獲取到的bits是class_rw_t類型結構體， 查看class_rw_t 源碼，我們可以找到類的一些相關信息：
可以看到，方法列表methods、屬性列表properties、協議列表protocols等類的信息。
既然有這些信息，我們不妨試著去獲取它們，并且將它們打印：
所以，通過點方法
.properties()，就可以獲取到類的屬性列表，再通過p *$6 打印$6里的數據，可以獲得property_list_t類型的屬性列表，進而打印.get()方法，獲取每一個屬性。.get()一直獲取屬性的話，會造成數組越界的結果，因為類的屬性個數是固定的，文章頭部的LGPerson有兩個屬性（nickName和name），所以此處只能.get()到這兩個屬性.
bits 查看屬性列表 method_list
@interface LGPerson : NSObject
{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
-(void)sayHello;
+(void)say88;
@end
下面再利用lldb調試，是否也能像屬性列表一樣方式去查看類的方法列表：
由上圖可知，可以利用.methods()獲取bits信息中的方法列表,獲取到的也是一個method_list_t類型的方法列表信息，然后利用.get()方法一個個獲取到方法。LGPerson 共有6個方法，實例方法sayHello，.cxx_destruct，name屬性的set和get，nickName屬性的set和get。
最后留下兩個問題：成員變量hobby在哪里？以及類方法+say88又在哪里？下篇文章我們一一揭曉。
