前言

在底層研究 - 類的底層探索（上）中我們已經(jīng)探索得知了類對象本質(zhì)為objc_class結(jié)構(gòu)體，同時類中的信息都存儲在 class_rw_t 和 class_ro_t 中，那么接下來的重點就是探索下 class_rw_t 和class_ro_t以及使用runtime來獲取類的基本信息。

1、clean memory & dirty memory

在WWDC 2020有一段介紹提到了關(guān)于class_rw_t 和 class_ro_t 之間的關(guān)系，推薦觀看，十分牛掰??！o(￣▽￣)ｄ

Advancements in the Objective-C runtime

接下來我們結(jié)合視頻和源碼進行探索下，首先我們要先知道2個概念：

• clean memory

clean memory 是指加載后不會發(fā)生改變的內(nèi)存。它可以進行移除來節(jié)省更多的內(nèi)存空間，需要時再從磁盤加載。
class_ro_t就是屬于 clean memory。

• dirty memory

dirty memory是指在運行時會發(fā)生改變的內(nèi)存。當類開始使用時，系統(tǒng)會在運行時為它分配一塊額外的內(nèi)存空間，也就是dirty memory，只要進程在運行，它就會一直存在，因此使用代價很高。

2、 ro & rw & rwe

• class_ro_t

ro，也就是readonly，class_ro_t 是在編譯的時候生成的。當類在編譯的時候，類的屬性，實例?法，協(xié)議這些內(nèi)容就存在class_ro_t這個結(jié)構(gòu)體??了，這是?塊clean memory，不允許被修改，但可以在不使用的時候被刪除，需要的時候再從磁盤加載。

class_ro_t

• class_rw_t

rw，即readwrite，class_rw_t是在運?的時候?成的。當一個類第一次被使用時，rumtime會為其分配額外的內(nèi)存，即class_rw_t ，它會先將class_ro_t的內(nèi)容 剪切 到class_rw_t中存儲，整個內(nèi)存中其實只有一份。

通過 First Subclass 和 Next Sibling Class 指針實現(xiàn)了把類連接成一個樹狀結(jié)構(gòu)，這就決定了runtime能夠遍歷當前使用的所有類

class_rw_t

可以發(fā)現(xiàn)Methods、Properties、Protocols不僅存在于ro，也存在了rw中，這是因為在運行時它們是可以發(fā)生改變的，比如通過category添加方法或者通過runtime的api動態(tài)添加它們，系統(tǒng)需要去跟蹤這些內(nèi)容。

rw擁有Methods、Properties、Protocols

但按這種做法，會導致占用相當多的內(nèi)存，那怎么取縮小這些結(jié)構(gòu)呢？

在對bits的源碼探索中，我們發(fā)現(xiàn)了 rw 提供三個方法method()、properties()、protocols()來分別返回方法，屬性和協(xié)議，也就是說rw并沒有直接存儲這三者，而是存在于一個ro_or_rw_ext，因為rw屬于dirty memory，使用開銷大，因為把一些類的信息分離出來，能減小開銷。

method()、properties()、protocols()

• class_rw_ext_t

class_rw_ext_t可以減少內(nèi)存的消耗。蘋果在wwdc2020??說過，只有?約10%左右的類需要動態(tài)修改。所以只有10%左右的類??需要?成class_rw_ext_t這個結(jié)構(gòu)體。這樣的話，可以節(jié)約很??部分內(nèi)存。對于動態(tài)修改的類可以通過class_rw_t結(jié)構(gòu)體中提供的ext()方法獲取class_rw_ext_t。

內(nèi)存結(jié)構(gòu)之class_rw_ext_t

我們通過源碼也可以發(fā)現(xiàn)，在methods方法中，也是先判斷的是否存在rwe，有則從rwe獲取方法，無則直接從ro中獲取。

rwe的使用

那么 class_rw_ext_t 的?成的條件是什么呢？

1. ?過runtime的Api進?動態(tài)修改的時候。
2. 有分類的時候，且分類和本類都為?懶加載類的時候。實現(xiàn)了+load?法即為?懶加載類。

因此我們也能得到一個rw，ro，rwe的具體關(guān)系圖

rw，ro，rwe的具體關(guān)系圖

3、runtime的基本使用

• 獲取類的成員變量

-(void)class_copyIvarList:(Class)pClass {
    unsigned int  outCount = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(pClass, &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *cName =  ivar_getName(ivar);
        const char *cType = ivar_getTypeEncoding(ivar);
        NSLog(@"name = %s type = %s",cName,cType);
    }
    free(ivars);
}

• 獲取類的屬性

-(void)class_copyPropertyList:(Class)pClass {
    unsigned int outCount = 0;
    objc_property_t *perperties = class_copyPropertyList(pClass, &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i++) {
        objc_property_t property = perperties[i];
        const char *cName = property_getName(property);
        const char *cType = property_getAttributes(property);
        NSLog(@"name = %s type = %s",cName,cType);
    }
    free(perperties);
}

• 獲取類的方法

-(void)class_copyMethodList:(Class)pClass {
    unsigned int outCount = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(pClass, &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i++) {
        Method method = methods[i];
        NSString *name = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        const char *cType = method_getTypeEncoding(method);
        NSLog(@"name = %@ type = %s",name,cType);
    }
    free(methods);
}

• 交換方法的實現(xiàn)，僅限當前類有效

-(void)class_replaceMethod{
     //參數(shù):1.類Class 2.?法名SEL 3.?法的實現(xiàn)IMP 4.?法參數(shù)描述
     //返回:BOOL
    BOOL result = class_replaceMethod([self class], @selector(method1), [self
    methodForSelector:@selector(method2)], NULL);
    NSLog(@"class_replaceMethod:%d",result);
}

-(void)method1{
    NSLog(@"method1");
}

-(void)method2{
    NSLog(@"method2");
}

• 分類交換方法

+(void)load{
    NSString *className = NSStringFromClass(self.class);
    NSLog(@"classname %@", className);
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = object_getClass((id)self);
 
        SEL originalSelector = @selector(systemMethod_PrintLog);
        SEL swizzledSelector = @selector(ll_imageName);
 
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);

        //在這里通過class_addMethod()的驗證，如果self實現(xiàn)了這個方法，class_addMethod()函數(shù)將會返回NO
        BOOL didAddMethod =
        class_addMethod(class,
                        originalSelector,
                        method_getImplementation(swizzledMethod),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(class,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

稍微講解下:

• dispatch_once
  dyld雖然能夠保證調(diào)用Class的load時是線程安全的，但還是推薦使用dispatch_once做保護，防止極端情況下load被顯示強制調(diào)用時，重復交換（第一次交換成功，下次又換回來了...），造成邏輯混亂。

• class_addMethod
  給指定Class添加一個SEL的實現(xiàn)（或者說是SEL和指定IMP的綁定），如果該SEL在父類中有實現(xiàn)，則會添加一個覆蓋父類的方法，添加成功返回YES，SEL已經(jīng)存在或添加失敗返回NO。
  因為iOS Runtime消息傳遞機制的影響，只執(zhí)行method_exchangeImplementations操作時可能會影響到父類的方法，這也是先使用class_addMethod的原因。

• class_replaceMethod

1. 如果該Class不存在指定SEL，則class_replaceMethod的作用就和class_addMethod一樣；
2. 如果該Class存在指定的SEL，則class_replaceMethod的作用就和method_setImplementation一樣。

4、總結(jié)

1. clean memory是指加載后不會發(fā)生改變的內(nèi)存
2. dirty memory是指在運行時會發(fā)生改變的內(nèi)存
3. ro、rw、rwe具體流程
   (1) 當編譯的時候，類會自動生成ro
   (2) 當類被使用時，會生成rw，并把ro 剪切 到rw中
   (3) 當類被修改時，rw內(nèi)會新增rwe，把允許修改的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到rwe，讀取時優(yōu)先讀取rwe的內(nèi)容
   (4) 內(nèi)存不足時，ro 可以在不使用的時候被移除
4. 常用的runtime方法：
   (1) 成員變量：class_copyIvarList、ivar_getName、ivar_getTypeEncoding
   (2) 屬性：class_copyPropertyList、property_getName、property_getAttributes
   (3) 方法：class_copyMethodList、method_getTypeEncoding、class_replaceMethod、class_addMethod、method_exchangeImplementations