類分析初探

基于isa結構分析 ，我們可以通過lldb獲取對象的內存情況

創(chuàng)建一個Person類對象

Person *person = [[Person alloc] init];

查看類對象的內存信息

• lldb命令 x/4gx person獲取person內存，首地址代表當前對象也代表isa。

  NSObject 的第一個成員變量為isa

  person內存情況.png

• 將首地址與ISA_MASK進行與運算，得到當前類信息

  x86_64 ISA_MASK 的值為 0x00007ffffffffff8ULL

  當前類信息.png

• 繼續(xù)查看當前類的內存分布

  類的內存分布.png

元類

• 查看類的首地址，再次找到Person。

  在Apple中，我們簡稱Person類的類為 元類。

  這個0x0000000100002158下的Person就是元類。

  類的歸屬是元類，元類的定義和創(chuàng)建都由編譯器自動完成

  元類.png

• 查看元類的首地址，輸出為NSOjbect。

  根元類.png

• 輸出NSOjbect類的首地址，NSObject的元類也是NSObject。

  NSOjbect也叫做根元類。

  NSObject的首地址.png

查看類對象內存存在個數(shù)

代碼

void testClassNum(){
    Class class1 = [Person class];
    Class class2 = [Person alloc].class;
    Class class3 = object_getClass([Person alloc]);
    NSLog(@"\nclass1 -%p\nclass2 -%p\nclass3 -%p\n",class1,class2,class3);
}

結果

類對象在內存中僅存在1個

類對象內存存在個數(shù).png

isa 流程圖

isa的指向 ：

• NSObject： 實例對象->根類->根元類

• Person：實例對象->類->元類->根元類

• Person的子類: 實例對象->類->元類->父元類->根元類

  isa流程圖.png

objc_object & objc_class

我們通過isa結構分析 中編譯到main.cpp打開，可以找到幾乎所有的類的結構體都是objc_object，所以objc_object是根對象。

objc_object

typedef struct objc_object NSObject;

struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

objc_class

同樣的，在main.cpp中我們可以找到，這個Class是objc_class重定義的，所以說類的底層是objc_class類型。

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

typedef struct objc_class *Class;

在objc/objc-runtime-new.h中我們找到objc_class 是繼承于objc_object的，所以對象、類和元類都有 isa。

struct objc_class : objc_object 

類結構源碼

在objc/objc-runtime-new.h中查看objc_class的源碼，我們通過lldb輔助調試。

結構

• isa，繼承于objc_object
• superclass，父類
• cache，緩存
• bits

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

lldb調試

?我們查看到第一段地址依舊是isa，第二段地址是superclass，通過p/x NSObject.class，可以知道第二段地址的NSObject不是元類。

類的內存查看.png

查看bits的內存

獲取bits首地址

要想知道bits的首地址，已知isa為8字節(jié)，superclass為8字節(jié)，需要先算出cache的內存大小，從首地址進行偏移后獲取到bits的首地址。

• 計算cache_t的大小

  cache_t大小為16字節(jié)，首地址偏移8+8+16字節(jié)可得到bits首地址。

  struct cache_t {
  #if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
      explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; // 是一個結構體指針類型，占8字節(jié)
      explicit_atomic<mask_t> _mask; //是mask_t 類型，而 mask_t 是 unsigned int 的別名，占4字節(jié)
  #elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
      explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; //是指針，占8字節(jié)
      mask_t _mask_unused; //是mask_t 類型，而 mask_t 是 uint32_t 類型定義的別名，占4字節(jié)
  
  #if __LP64__
      uint16_t _flags;  //是uint16_t類型，uint16_t是 unsigned short 的別名，占 2個字節(jié)
  #endif
      uint16_t _occupied; //是uint16_t類型，uint16_t是 unsigned short 的別名，占 2個字節(jié)
  

• 獲取偏移后的地址

  
  
  獲取bits地址.png

查看class_rw_t

根據(jù)class_data_bits_t開放的data()獲取到class_rw_t

class_rw_t *data() const {
        return bits.data();
  }

獲取class_rw_t.png

查看properties()

const property_array_t properties() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->properties;
        } else {
            return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProperties};
        }
    }

Person新增一個屬性name

@property (nonatomic, copy) NSString *name

通過lldb獲取property_array_t內的信息。

property_list.png

查看methods()

 const method_array_t methods() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->methods;
        } else {
            return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseMethods()};
        }
    }

Person新增一個實例方法sayHello，一個類方法testClassMethod;

- (void)say;

+ (void)testClassMethod;

通過lldb獲取method_array_t內的信息。

先獲取methods地址

methods.png

查看methods內容，但是僅找到了實例方法sayHello，未找到類方法testClassMethod。

method_array_content.png