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OC底層原理學(xué)習(xí)大綱

上一節(jié) ，我們已完整的分析分類的加載過程，知識量較大，需要慢慢消化。

本節(jié)進(jìn)行拓展和補(bǔ)充以下內(nèi)容：

本類與分類的+load區(qū)別
Category分類與Extension拓展的區(qū)別
關(guān)聯(lián)對象

準(zhǔn)備工作:

可編譯的objc4-781源碼: http://www.itdecent.cn/p/45dc31d91000

1. `本類`與`分類`的`+load`區(qū)別

上一節(jié)我們的研究都是在本類和分類都實(shí)現(xiàn)+Load方法的前提下完成的。而且attachCategories有多種被調(diào)用的路徑，具體什么情況走哪條路徑，我們不清楚。

現(xiàn)在，我們開始覆蓋性測試和探究：（ps: 下面以+load和無區(qū)分是否實(shí)現(xiàn)+load方法）

本類+load，分類無

本類+load，分類+load

本類無，分類無

本類無，分類+load

本類無，分類A無 ，分類B+load

準(zhǔn)備階段

main.m文件加入測試代碼：

// 本類
@interface HTPerson : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) int age;

- (void)func1;
- (void)func3;
- (void)func2;

+ (void)classFunc;

@end

@implementation HTPerson

+ (void)load { NSLog(@"%s",__func__); };

- (void)func1 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)func3 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)func2 { NSLog(@"%s",__func__); };

+ (void)classFunc { NSLog(@"%s",__func__); };

@end

// 分類 CatA
@interface HTPerson (CatA)

@property (nonatomic, copy) NSString *catA_name;
@property (nonatomic, assign) int catA_age;

- (void)func1;
- (void)func3;
- (void)func2;

+ (void)classFunc;

@end

@implementation HTPerson (CatA)

+ (void)load { NSLog(@"%s",__func__); };

- (void)func1 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)func3 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)func2 { NSLog(@"%s",__func__); };

+ (void)classFunc { NSLog(@"%s",__func__); };

@end

// 分類 CatB
@interface HTPerson (CatB)

@property (nonatomic, copy) NSString *catB_name;
@property (nonatomic, assign) int catB_age;

- (void)func1;
- (void)func3;
- (void)func2;

+ (void)classFunc;

@end

@implementation HTPerson (CatB)

+ (void)load { NSLog(@"%s",__func__); };

- (void)func1 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)func3 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)func2 { NSLog(@"%s",__func__); };

+ (void)classFunc { NSLog(@"%s",__func__); };

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        HTPerson * person = [HTPerson alloc];
        [person func1];
    }
    return 0;
}

我們在readClass 和 attachCategories兩個函數(shù)內(nèi)部加入定位的測試代碼，并在printf一行加入斷點(diǎn)（確保當(dāng)前觀察的使我們的HTPerson類)：

  // >>>> 測試代碼
    const char *mangledName = cls->mangledName();
    const char * HTPersonName = "HTPerson";
    if (strcmp(HTPersonName, mangledName) == 0 ) {
        auto ht_ro = (const class_ro_t *)cls->data();
        auto ht_isMeta = ht_ro->flags & RO_META;
        if (!ht_isMeta) {
            printf("%s - 精準(zhǔn)定位: %s\n", __func__, mangledName);
        }
    }
    // <<<< 測試代碼

readClass加入測試代碼和斷點(diǎn)

readClass加入測試代碼和斷點(diǎn)

attachCategories加入測試代碼和斷點(diǎn)

attachCategories加入測試代碼和斷點(diǎn)

在HTPerosn首次調(diào)用處加上斷點(diǎn):

image.png

準(zhǔn)備工作完成后，我們可以開始探索了：

1.1 本類+load，分類無

測試配置：保留HPPerson類的+load，注釋掉CatA和CatB分類的+load方法

運(yùn)行代碼，進(jìn)入了readClass處：

image.png

提取信息如下：

路徑：是map_images調(diào)用的

ro函數(shù)列表：此時ro讀取的是macho中的值，ro中已包含本類和所有函數(shù)信息（14個）。

函數(shù)排序： 分類的函數(shù)不會覆蓋本類的同名函數(shù)，而是后加載的分類函數(shù)排序在先加載的分類和本類前面。

放開斷點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)沒有進(jìn)入attachCategories內(nèi)部。

結(jié)論：【本類+load，分類無】的情況：數(shù)據(jù)在編譯層就已經(jīng)加入到data中。

1.2. 本類+load，分類+load

測試配置：保留HPPerson類、CatA和CatB分類的+load方法

運(yùn)行代碼，進(jìn)入了readClass處：

image.png

提取信息如下：

路徑：是map_images調(diào)用的

ro函數(shù)列表：此時ro讀取的是macho中的值，ro中僅有HTPerosn本類函數(shù)信息(8個)。

繼續(xù)運(yùn)行代碼，進(jìn)入attachCategories處：

image.png

attachLists拓展：

此處可觀察到attachLists的加載順序，驗(yàn)證上一節(jié)對attachLists的分析

我們在attachLists加入三個斷點(diǎn)，檢查排序。

運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)第一次是從extAllocIfNeeded初始化rwe時進(jìn)入，從macho中只存儲了本類信息，由于當(dāng)前是首次創(chuàng)建，所以attachLists走的是0->1的流程，是直接將addLists[0]賦值給了list

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)是本類的屬性進(jìn)入attachLists的0->1：

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)CatA函數(shù)進(jìn)入attachLists的1->多：
（可以看到oldList是HTPerson本類的8個函數(shù)，addedLists是CatA分類的3個函數(shù)）

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)CatA屬性進(jìn)入attachLists的1->多：

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)本類的元類函數(shù)（類方法）進(jìn)入attachLists的0->1：

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)CatA的元類函數(shù)（類方法）進(jìn)入attachLists的1->多：

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，又回到了attachCategories處，我們繼續(xù)運(yùn)行代碼，進(jìn)入CatB函數(shù)進(jìn)入attachLists的多->更多:

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)CatB屬性進(jìn)入attachLists的多->更多：

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)CatB的元類函數(shù)（類方法）進(jìn)入attachLists的多->更多：

image.png

總結(jié)：

image.png

1.3. 本類無，分類無

測試配置：注釋HPPerson類、CatA和CatB分類的+load方法

運(yùn)行代碼，進(jìn)入了readClass處：

image.png

此時在map_images階段，macho中記錄了本類和所有分類的數(shù)據(jù)。

繼續(xù)運(yùn)行代碼，沒有進(jìn)入attachCategories中。

1.4. 本類無，分類+load

測試配置：注釋HPPerson類的+load方法、保留CatA和CatB分類的+load方法

運(yùn)行代碼，進(jìn)入了readClass處：

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，進(jìn)入了attachCategories處，在attachLists加入三個斷點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)attachLists中0->1加載了HTPerosn本類函數(shù)

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)attachLists中0->1加載了HTPerosn本類屬性

image.png

繼續(xù)運(yùn)行代碼，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入了attachLists中`1->多：

image.png

?? 注意：此時addedCount為2，表示當(dāng)前需要添加的列表有2個元素。并不是只有CatB分類。我們打印 addedLists[0] 和addedLists[1]，就找到了CatA和CatB兩個分類

Q: 為什么本類沒有+load方法，只實(shí)現(xiàn)分類+load方法，也在app啟動前加載出來了呢？

A: 我們查看左邊堆棧，load_images調(diào)用了prepare_load_methods：

image.png

而prepare_load_methods中會檢查有沒有非懶加載的分類，如果有就執(zhí)行下面的循環(huán)。
循環(huán)中在add_category_to_loadable_list加載分類前，會執(zhí)行realizeClassWithoutSwift先檢查本類是否實(shí)現(xiàn)。

image.png

1.5 本類`無`，分類A`無` ，分類B`+load`

測試配置：注釋HPPerson類和CatA分類的+load方法，保留CatB分類的+load方法

運(yùn)行代碼，進(jìn)入了readClass處：

image.png

發(fā)現(xiàn)ro中加載好了本類和2個分類的所有數(shù)據(jù)(14個函數(shù)），沒有再進(jìn)入attachCategories了。

本類無，分類A+load ，分類B無 的結(jié)果與這個一樣

總結(jié)：本類和分類的+load區(qū)別：

image.png

2. Category分類與Extension拓展的區(qū)別

2.1 Category：類別，分類

專門用來給類添加新的方法
不能給類添加成員屬性，添加了也取不到。
分類中用@property定義的變量，只會生成變量的 getter和setter方法，不能生成方法實(shí)現(xiàn)和帶下劃線的成員變量。

成員屬性不可添加：
@interface HTPerson(CatA) {
    NSString * catA_name; // 不可這樣添加
}
@property屬性可添加：
@interface HTPerson(CatA)
@property (nonatomic, copy) NSString *prop_name;
@end
編譯器可讀取到名稱。表示有getter和setter方法的聲明。

運(yùn)行后會crash。是因?yàn)?code>沒有實(shí)現(xiàn)和帶下劃線的成員變量。

image.png

2.2 Extension：類拓展

可以說成是特殊的分類，已稱作匿名分類
可以給類添加成員屬性、屬性、方法，但都是私有的

拓展必須添加在@interface聲明和@implementation實(shí)現(xiàn)之間：

image.png

Extension拓展與@interface聲明是一樣的作用，但是Extension拓展中的成員變量、屬性、方法都是私有的。

可以通過clang，查看編譯結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。Extension類拓展的下劃線成員變量、函數(shù)等，都直接加入了本類的相關(guān)位置，完成相應(yīng)實(shí)現(xiàn)。

Q: Category中的屬性如何用runtime實(shí)現(xiàn)？

A: 在屬性的get和set方法實(shí)現(xiàn)內(nèi)，動態(tài)添加關(guān)聯(lián)對象：

// CatA分類
#import <objc/runtime.h>
// 本類
@interface HTPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation HTPerson
@end

// CatA分類
@interface HTPerson (CatA)
@property (nonatomic, copy) NSString *catA_name; // 屬性
@end

@implementation HTPerson(CatA)

- (void)setCatA_name:(NSString *)catA_name { // 給屬性`catA_name`，動態(tài)添加set方法
    objc_setAssociatedObject(self, "catA_name", catA_name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (NSString *)catA_name { // 給屬性`catA_name`，動態(tài)添加get方法
    return objc_getAssociatedObject(self, "catA_name");
}
@end

參數(shù)解讀：

動態(tài)設(shè)置關(guān)聯(lián)屬性： objc_setAssociatedObject(關(guān)聯(lián)對象，關(guān)聯(lián)屬性key，關(guān)聯(lián)屬性value，策略)

動態(tài)讀取關(guān)聯(lián)屬性：objc_getAssociatedObject(關(guān)聯(lián)對象，關(guān)聯(lián)屬性key)

3. 關(guān)聯(lián)對象

點(diǎn)擊進(jìn)入objc_setAssociatedObject:

image.png

點(diǎn)擊進(jìn)入get():

image.png

看不懂是什么...， get()看不懂，那我們往看看它的調(diào)用者：SetAssocHook

image.png

我們查看結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它就是嵌套了一層objc_hook_setAssociatedObject的方法。調(diào)用get()，就是讀取內(nèi)容。所以：

SetAssocHook.get()(object, key, value, policy);

可以直接寫成

_base_objc_setAssociatedObject(object, key, value, policy);

我們進(jìn)入_base_objc_setAssociatedObject：

image.png

加入斷點(diǎn)，驗(yàn)證一下，確實(shí)是給HTPerson屬性完成了賦值

image.png

進(jìn)入_object_set_associative_reference：

image.png
在分析關(guān)聯(lián)對象的寫入操作前，我們先回顧一下本類的正常屬性的寫入操作：

3.1 回顧`本類`正常屬性`寫入`操作：

cd到main.m文件夾，clang -rewrite-objc main.mm -o main.cpp編譯一份cpp文件，打開main.cpp文件，搜索HTPerson，找到屬性name的set方法：

image.png
發(fā)現(xiàn)常規(guī)是調(diào)用objc_setProperty完成set方法，我們在源碼中檢查objc_setProperty的實(shí)現(xiàn)：

image.png

進(jìn)入reallySetProperty：

image.png

主要流程：1. 通過地址讀取屬性 -> 2.新值retain -> 3.屬性賦值 -> 4.舊值release

熟悉了常規(guī)屬性的寫入流程。現(xiàn)在我們來對比關(guān)聯(lián)對象的寫入操作：

3.2 關(guān)聯(lián)對象寫入操作：

我們回到_object_set_associative_reference流程：

3.2.1 記錄數(shù)據(jù)

DisguisedPtr和ObjcAssociation分別對入?yún)?code>object、policy和value進(jìn)行了包裝。

查看DisguisedPtr結(jié)構(gòu)，只有一個value。所以實(shí)際是將入?yún)?code>object對象給到DisguisedPtr對象的value，包裝記錄一下。

image.png

查看ObjcAssociation結(jié)構(gòu)，只有_policy和_value。所以實(shí)際是將入?yún)?code>policy策略和value新值給到ObjcAssociation對象，包裝記錄一下。

image.png

3.2.2 新值retain

接下來查看acquireValue()，發(fā)現(xiàn)是完成了新值的retain:

image.png

3.2.3 賦值或釋放

接下來到了核心執(zhí)行環(huán)節(jié)

1. 創(chuàng)建管理對象 & hashMap

   AssociationsManager manager;

image.png

Q: 這樣真的創(chuàng)建了對象嗎？

我們創(chuàng)建HTObjc進(jìn)行測試，打印結(jié)果顯示，確實(shí)是構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)：

image.png

AssociationsManager結(jié)構(gòu)中，manager只是對外代言人，并不是唯一的，AssociationsHashMap才是唯一的。

1. 運(yùn)行驗(yàn)證：
移除鎖，這樣可以同時存在2個manager了。

image.png

加入測試代碼，創(chuàng)建2個manager，都調(diào)用get()，發(fā)現(xiàn)2個讀取的associations是相同地址。

證明AssociationsHashMap在內(nèi)存中是獨(dú)一份的，而manager只是外層包裝，可以創(chuàng)建多個。

image.png

2. 代碼結(jié)構(gòu)分析：

進(jìn)入get()，發(fā)現(xiàn)是調(diào)用的_storage：

image.png

返回查看_storage，發(fā)現(xiàn)是static靜態(tài)聲明。所以AssociationsHashMap確實(shí)是內(nèi)存中獨(dú)一份。

image.png

2 關(guān)聯(lián)值value是否存在

2.1 value存在（賦值）

返回結(jié)構(gòu)如下：

image.png
try_emplace創(chuàng)建空ObjectAssociationMap去取查詢的鍵值對
進(jìn)入try_emplace查看源碼：(不管是否存在，都會返回true)

image.png

運(yùn)行代碼。斷點(diǎn)查詢，發(fā)現(xiàn)沒有這個key就插入一個空的BucketT進(jìn)去并返回true

進(jìn)入LookupBucketFor，發(fā)現(xiàn)有兩個同名方法，是重載方法，唯一區(qū)別是第二個入?yún)?/code>的是否有const
image.png

我們觀察外部try_emplace源碼，入?yún)?code>TheBucket是沒有const聲明的，所以進(jìn)入的是第二個LookupBucketFor:

image.png
回到第一個LookupBucketFor，循環(huán)查找key對應(yīng)的buckets:

image.png
通過setHasAssociatedObjects標(biāo)記對象存在關(guān)聯(lián)對象

image.png

查看setHasAssociatedObjects:

image.png

Q：請問關(guān)聯(lián)對象是否需要手動釋放？
A：指針優(yōu)化的isa中的has_assoc記錄了是否有關(guān)聯(lián)屬性，在析構(gòu)函數(shù)觸發(fā)時，會檢查是否有關(guān)聯(lián)屬性并主動釋放。

image.png

查看hasAssociatedObjects：

image.png

繼續(xù)往下執(zhí)行，我們在第二次try_emplace前后檢查refs:
第二次try_emplace前：插入的Bucktes是空桶，所以還沒值:

image.png
第二次try_emplace后：插入的Bucktes已經(jīng)有值了:

image.png
往下走，到達(dá)association.swap(result.first->second)時，我們用當(dāng)前policy策略和value值組成了一個ObjcAssociation替換原來BucketT中的空:

image.png

觀察內(nèi)容，此時賦值操作已完成。

2.2 value不存在（移除）:

首先，尋找類對：

image.png
查看find內(nèi)部：找到了返回buckets，沒找到返回end()。

image.png

先找到類對，再找到當(dāng)前類的關(guān)聯(lián)屬性對，將當(dāng)前關(guān)聯(lián)屬性對質(zhì)空，buckets計數(shù)更新

image.png

3.2.4 舊值release

接下來查看releaseHeldValue()，發(fā)現(xiàn)是完成了舊值的retain:

image.png

小總結(jié)：

AssociationsHashMap內(nèi)有多個類對key-value結(jié)構(gòu)，而每個類對應(yīng)的value,又包含多個關(guān)聯(lián)屬性對key-value結(jié)構(gòu)。

所以我們不管插入還是移除，都是先通過類信息找到相應(yīng)的類對，再從類對的value中，通過關(guān)聯(lián)屬性key找到對應(yīng)的關(guān)聯(lián)屬性，進(jìn)行相應(yīng)操作。

其中復(fù)雜的DisguisedPtr和ObjcAssociation結(jié)構(gòu)，都只是類和關(guān)聯(lián)屬性信息的一層包裝，負(fù)責(zé)記錄信息并統(tǒng)計計數(shù)而已。

至此，我們對類的加載，分類和拓展、關(guān)聯(lián)屬性，都已經(jīng)非常熟悉了。

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OC底層原理十九：類的加載(下) 本類與分類load區(qū)別 & 關(guān)聯(lián)屬性

OC底層原理十九：類的加載(下) 本類與分類load區(qū)別 & 關(guān)聯(lián)屬性

1. `本類`與`分類`的`+load`區(qū)別

準(zhǔn)備階段

1.1 本類+load，分類無

1.2. 本類+load，分類+load

1.3. 本類無，分類無

1.4. 本類無，分類+load

1.5 本類`無`，分類A`無` ，分類B`+load`

2. Category分類與Extension拓展的區(qū)別

2.1 Category：類別，分類

2.2 Extension：類拓展

3. 關(guān)聯(lián)對象

3.1 回顧`本類`正常屬性`寫入`操作：

3.2 關(guān)聯(lián)對象寫入操作：

3.2.1 記錄數(shù)據(jù)

3.2.2 新值retain

3.2.3 賦值或釋放

1. 創(chuàng)建管理對象 & hashMap

2 關(guān)聯(lián)值value是否存在

2.2 value不存在（移除）:

3.2.4 舊值release

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OC底層原理十九：類的加載(下) 本類與分類load區(qū)別 & 關(guān)聯(lián)屬性

1. 本類與分類的+load區(qū)別

準(zhǔn)備階段

1.1 本類+load，分類無

1.2. 本類+load，分類+load

1.3. 本類無，分類無

1.4. 本類無，分類+load

1.5 本類無，分類A無 ，分類B+load

2. Category分類與Extension拓展的區(qū)別

2.1 Category：類別，分類

2.2 Extension：類拓展

3. 關(guān)聯(lián)對象

3.1 回顧本類正常屬性寫入操作：

3.2 關(guān)聯(lián)對象寫入操作：

3.2.1 記錄數(shù)據(jù)

3.2.2 新值retain

3.2.3 賦值或釋放

1. 創(chuàng)建管理對象 & hashMap

2 關(guān)聯(lián)值value是否存在

2.2 value不存在（移除）:

3.2.4 舊值release

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1. `本類`與`分類`的`+load`區(qū)別

1.1 本類+load，分類無

1.2. 本類+load，分類+load

1.3. 本類無，分類無

1.4. 本類無，分類+load

1.5 本類`無`，分類A`無` ，分類B`+load`

2.1 Category：類別，分類

3.1 回顧`本類`正常屬性`寫入`操作：