[iOS] 類的加載(下)

在之前，理解了類是如何從Mach-O加載到內(nèi)存的，這次來了解下分類是如何加載到類中的，以及分類和類搭配使用的情況。

1. 分類的本質(zhì)

  • 在 main 中定義 LGPerson 的分類 LG
@interface LGPerson (LG)

@property (nonatomic, copy) NSString *cate_name;
@property (nonatomic, assign) int cate_age;

- (void)cate_instanceMethod;
- (void)cate_instanceMethod1;
- (void)cate_instanceMethod2;
+ (void)cate_classMethod;

@end

@implementation LGPerson (LG)

- (void)cate_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cate_instanceMethod2{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cate_instanceMethod3{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

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

@end
  • 使用clang查看編譯的 main.cpp文件：
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
image.jpeg

從上面圖中可以看出，分類的類型是_category_t(倒數(shù)第二個是 0，表示沒有協(xié)議，所以賦值為 0)

  • cpp文件中，搜索 struct _category_t，如下所示：
struct _category_t {
    const char *name;
    struct _class_t *cls;
    const struct _method_list_t *instance_methods; 實例方法
    const struct _method_list_t *class_methods; 類方法
    const struct _protocol_list_t *protocols; 協(xié)議
    const struct _prop_list_t *properties; 屬性
};
  • 搜索_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LGPerson_，找到其底層實現(xiàn)
    image.jpeg

其中有 3 個方法，格式為sel+簽名+地址，是_objc_method結(jié)構(gòu)體的屬性：

image.jpeg

  • 繼續(xù)搜索_objc_method，其中的對應關(guān)系如下：
struct _objc_method {
    struct objc_selector * _cmd; 對應 sel
    const char *method_type; 對應 方法簽名
    void  *_imp; 對應函數(shù)地址
};

2. 分類的加載

2.1 創(chuàng)建分類

創(chuàng)建 LGPerson 的兩個分類：LGA 和 LGB:


image.jpeg
2.2 加載過程

在之前介紹類的加載時提到了rwe的加載，其中分析了分類的data 數(shù)據(jù)是如何加載到類的，而且分類的加載順序是：LGA ->LGB的順序加載到類中，即越晚加進來，越在前面。

其中查看了methodizeClass 的源碼實現(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)類的數(shù)據(jù)和分類的數(shù)據(jù)是分開處理的，主要是因為在編譯階段，就已經(jīng)確定好了方法的歸屬位置(即實例方法存儲在類中，類方法存儲在元類中)，而分類是后面才加進來的。

image.png

其中分類需要通過attatchToClass添加到類，然后才能在外界進行使用，在此過程，我們已經(jīng)知道了分類加載步驟的后面兩個步驟，分類的加載主要分為 3 步：

  • 分類數(shù)據(jù)加載時機：根據(jù)類和分類是否實現(xiàn) load 方法來區(qū)分不同的時機
  • attachCategories準備分類數(shù)據(jù)
  • attachLists 將分類數(shù)據(jù)添加到主類中
2.3 分類的加載時機
2.3.1 主類 LGPerson + 分類 LGA\LGB 均實現(xiàn)+load 方法

下面我們來探索一下分類數(shù)據(jù)的加載時機，以主類 LGPerson + 分類 LGA\LGB 均實現(xiàn)+load 方法為例。

通過第二步反推第一步的加載時機
在之前我們了解到，在走到 attachCategories 方法時，必然會有分類數(shù)據(jù)的加載，可以通過反推法查看在什么時候調(diào)用 attachCategories 的，通過查找，有兩個方法中調(diào)用：

  • load_categories_nolock方法中

    image.jpeg

  • addToClass方法中，這里經(jīng)過調(diào)試，在主類和分類都實現(xiàn)load方法時，是不會走到 if 流程中的：

    image.jpeg

  • 不加任何斷點，運行objc代碼，可以得出以下打印日志，通過日志可以發(fā)現(xiàn)addToClass方法的下一步就是load_categories_nolock方法就是加載分類數(shù)據(jù)：

    image.jpeg

  • 全局搜索load_categories_nolock的調(diào)用，有兩次調(diào)用

    • 一次在loadAllCategories方法中

      image.jpeg

    • 一次在_read_images方法中

      image.jpeg

  • 但是經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)，是不會走_read_images方法中的 if 流程，而是走的loadAllCategories方法中的

    image.jpeg

  • 全局搜索查看loadAllCategories的調(diào)用，發(fā)現(xiàn)是在load_images時調(diào)用的

    image.jpeg

  • 我們給 attachCategories 加自定義邏輯的斷點，bt查看堆棧信息：

    image.jpeg

所以綜上所述：該情況下的分類的數(shù)據(jù)加載時機的反推路徑為：
attachCategories -> load_categories_nolock -> loadAllCategories -> load_images

而我們的分類加載正常的流程的路徑為：
realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass ->attachCategories

其中正向和反向的流程如下圖所示：


image.png
2.3.2 主類 LGPerson + 分類 LGA 實現(xiàn) +load 方法，LGB 不實現(xiàn) +load 方法
  • 斷點定在attachCategories中加自定義邏輯部分，一步步往下執(zhí)行
    image.jpeg
  • 繼續(xù)往下執(zhí)行，會再次來到attachCategories方法中斷住
    image.png

總結(jié)：只要有一個分類是非懶加載分類，那么所有的分類都會被標記為非懶加載分類，意思就是加載一次 已經(jīng)開辟了rwe，就不會再次懶加載，重新去處理LGPerson。

2.4 分類和類的搭配使用

通過上面的兩個例子，我們可以大致將類 和 分類 是否實現(xiàn)+load的情況分為4種

類+分類 . .
. 分類實現(xiàn)+load 分類未實現(xiàn)+load
類實現(xiàn)+load 非懶加載類+非懶加載分類 非懶加載類+懶加載分類
類未實現(xiàn)+load 懶加載類+非懶加載分類 懶加載類+懶加載分類
2.4.1 非懶加載類 + 非懶加載分類

即主類實現(xiàn)了+load方法，分類同樣實現(xiàn)了+load方法，在前文分類的加載時機時，我們已經(jīng)分析過這種情況，所以可以直接得出結(jié)論，這種情況下:

  • 類的數(shù)據(jù)加載是通過_getObjc2NonlazyClassList加載，即ro、rw的操作，對rwe賦值初始化，是在extAlloc方法中
  • 分類的數(shù)據(jù)加載是通過load_images加載到類中的
2.4.2 非懶加載類 + 懶加載分類

類和分類的加載是在read_image就加載數(shù)據(jù)了，數(shù)據(jù)來自data，data在編譯時期就已經(jīng)完成，即data中除了類的數(shù)據(jù)，還有分類的數(shù)據(jù)，與類綁定在一起

2.4.3 懶加載類 + 懶加載分類

其數(shù)據(jù)加載推遲到 第一次消息時，數(shù)據(jù)同樣來自data，data在編譯時期就已經(jīng)完成

2.4.4 懶加載類 + 非懶加載分類

只要分類實現(xiàn)了load，會迫使主類提前加載，即主類強行轉(zhuǎn)換為非懶加載類樣式，即在_read_images中不會對類做實現(xiàn)操作，需要在load_images方法中觸發(fā)類的數(shù)據(jù)加載，即rwe初始化，同時加載分類數(shù)據(jù)

如下圖所示：


image.png

3.load_images

load_images方法的主要作用是加載鏡像文件，其中最重要的有兩個方法：perpare_load_methods(加載) 和 call_load_methods (調(diào)用)

image.jpeg

3.1 perpare_load_methods

進入perpare_load_methods源碼：

image.jpeg

-schedule_class_load方法，這里是根據(jù)類的繼承鏈遞歸調(diào)用獲取 load，直到cls不存在才結(jié)束遞歸，目的是為了確保父類的 load優(yōu)先加載：

image.jpeg

  • 進入add_class_to_loadable_list，主要是獲取 load 方法，然后將load方法和cls類名一起加到loadable_classes表中：

    image.jpeg

  • 進入getLoadMethod，主要是獲取方法的sel 為 load的方法：

    image.jpeg

-add_category_to_loadable_list
獲取所有的非懶加載分類中的load方法，將分類名``+load方法加入表loadable_categories

image.jpeg

3.2call_load_methods

主要有 3 部分操作：

  • 反復調(diào)用類的+load，直到不再有

  • 調(diào)用一次分類的+load

  • 如果有類或更多未嘗試的分類，則運行更多的+load

    image.jpeg

  • 進入call_class_loads，主要是加載類的load 方法

    image.jpeg

注意：方法中有兩個隱藏參數(shù)，第一個為id 即self，第二個為sel，即cmd

  • call_category_loads，主要是加載一次分類的 load 方法
    image.png
3.3 總結(jié)

綜上所述，load_images方法整體調(diào)用過程及原理圖示如下：

  • 調(diào)用過程圖示：


    image.jpeg

并且：
父類的 load 方法優(yōu)先于子類調(diào)用
主類的 load 方法優(yōu)先于分類調(diào)用
分類的 load 方法則取決于編譯順序。

  • 原理圖示


    image.jpeg

主要分為兩步：

  • 從所有的非懶加載類和分類中的+load分別添加到表中
  • 調(diào)用類和分類的+load方法
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