IOS- 底层原理-类结构分析

如何打印类信息

通过lldb指令打印类信息

通过isa指针地址 & ISA_MASK
*NSObject提供的class API
runtime底层调用API

通过isa指针地址 & ISA_MASK

通过alloc->_objc_rootAlloc->callAlloc->_objc_rootAllocWithZone->_class_createInstanceFromZone->initInstanceIsa->initIsa->isa_t找到位域位置(目前是处于macOS，所以使用的是x86_64)

移动端：__arm64__
- ISA_MASK:0x0000000ffffffff8ULL
mac OS __x86_64__
- ISA_MASK:0x00007ffffffffff8ULL

输入x/4gx person1，打印对象的isa指针得到0x001d8001000021e5,通过0x001d8001000021e5 & 0x00007ffffffffff8ULL得到类的指针地址``0x00000001000021e0

指针地址

NSObject提供的class API

通过lldb命令输入p/x LGPerson.class，调用NSObject提供的class API，得出类的指针地址

指针地址

runtime底层调用的API

通过lldb命令输入p/x object_getClass(person1),调用runtime底层调用API，得出类的指针地址

指针地址

算法特殊性

如图可以看出0x00000001000021e0和0x00000001000021b8，打印的值都是LGPerson，即使0x00000001000021b8 & 0x00007ffffffffff8ULL得出的指针地址还是一样的，所以打印的结果还是LGPerson，其实这里就是算法的特殊性(三位抹零)，里面做了处理。

那么为什么0x00000001000021e0和0x00000001000021b8打印的结果都是LGPerson呢？
其实这个东西就是元类，它没有非常清晰的概念。它不能向类一样时刻查看。它是系统给予的非常重要的东西。

当前对象isa归属于类
类是一个对象，它的归属是元类
所有类方法的存储都存在元类里面

元类的创建和定义都是由编译器自动完成

NSObject的根元类

通过lldb命令不停爬，最终从元类来到NSObject。顺序就是isa 对象-> 类(LGPerson)->元类（LGPerson）-> NSObject(根元类)

NSObject的根元类

进行验证NSObject是内存的NSObject吗？
通过lldb输入p/x NSObject.class得到结果0x00000001003f0140可以看出和0x00000001003f00f0是不同的。

NSObject的根元类

由此我们考虑一个问题（面试题目）
请问类对象和类信息在内存里面存在几份？
其实类对象内存里面永远只存在一份

但是上图可以看出有两个NSObject，这又是为什么呢？
其实NSObject是根元类和LGPerson一个原理isa 对象-> 类(LGPerson)->元类（LGPerson）-> NSObject(根元类)

那就我们来验证一下NSObject到底有多少份

通过上面发现地址都一样可以验证类对象内存永远只存在一份

其实0x00000001003f0140打印出的NSObject是来自于NSObject的元类（根元类）
我们可以通过lldb命令继续验证，原理就是类的对象指向元类，如图可以发现打印结果是一样就此就验证了上面的说法。

NSObject元类

于此同时，我们在NSObject根元类的基础上继续x/4gx打印信息，并且&0x00007ffffffffff8ULL，可以发现它还是指向自己

NSObject根元类指向自己

由此可以总结出一幅图

非常著名的图

1:实例对象的isa指向class（类），类的isa指向元类，元类的isa指向根元类
3:RootClass是来自于NSObject的实例对象和NSObject的类，NSObject的类指向NSObject的根元类，根元类根元类还是指向自己（少了一步元类的指向）。
2:在特殊情况下，如果是父类，实例对象指向当前的类，类指向当前的元类，元类指向根元类，根元类还是指向根元类

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LGTercher 继承于 LGPerson是继承关系即继承关系来自于类
但是实例对象tercher和实例对象person没有继承关系即实例对象没有继承关系
NSObject父类的继承关系来自于nil（找到NSObject的类型就结束了）
元类也存在继承，根元类指向NSObject，万物皆是由NSObject创建即万物皆对象

上下层的对接

搜索objc_object进入objc_object源码来自于OBJC_ISA_AVAILABILITY

objc_object源码

通过搜索struct objc_class {进入objc_class源码，OBJC2_UNAVAILABLE旧的同时已经被废除

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很多的类底层都来自于objc_class结构体，因此NSObject也是来自于objc_class
objc_object是我们当前的根对象，是一个结构体

不管是NSObject还是对象都有一个isa，isa来自于objc_object，同时objc_class继承于objc_object所以也是有isa。

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面试问题
objc_object 和对象的关系？
所有的对象都是以objc_object为模版继承过来的

总结：所有的对象+类+元类都有isa. 所有的对象来自于NSObject（OC）, 真正到底层的话是objc_object（C ,C++）,struct objc_object *class定义一个class类型（所有的class都是以objc_object为模版）

类的内存分布

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如图可以看到//Class ISA的位置，这只是提示作用，而不是单纯的屏蔽isa，但是我们在打印中可以发现LGPerson是有isa(0x00000001000021b8)，原因是objc_class继承于objc_object，因此也拥有了父类的isa。

类结构源码

下图可以看出10同时赋值给了a和b，其实就是一种copy即值拷贝，但是a和b的地址是不同的。

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观察下图，可以发现指针地址和内存地址都不同，p1和p2都创建了新的内存地址，并且他们都是来自于LGPerson创建的，但是他们指针地址不同，其实指向它们的是第二个指针地址即指针的指针

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image.png

内存偏移

有时我们取不到值的时候而是取到对象，现在我们可可以拿到首值通过偏移的方式获取值。

因为栈是连续的，相差4个字节
通过首值进行内存偏移取值

内存偏移

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探索类对象

前面我们已经知道objc_class继承于objc_object但是我们怎么知道superclass和cache占用多少字节呢？达到我们平移到bits的位置。
那么我们就需要知道isa+superclass+cache = bits

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cache_t是一个结构体，结构体的指针是8字节，但是占用的大小是根据内部的属性进行判断。
点击跳转cache_t源码，静态和函数不存在结构体中，所以可以排除，那么需要计算只有四个位置

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isa是占用8字节
superclass也是class类型，所以也是占用8字节
cache_t占用16字节

通过lldb命令，根据首地址并且平移32字节打印bits信息

bits数据信息

$1因为是指针类型，所以调用data()方法。同时这是781的最新改版，旧的版本有显示methdos properties等数据。

指针和对象使用->
结构体使用.符号

781源码如何打印`methdos properties`等信息

bits方法信息

在bits信息的基础上，通过p $5.methods()命令中的methods方法是由class_rw_t提供的，返回的实际类型是method_array_t
由于list类型是method_list_t，是一个指针，所以通过p *$7获取内存中的信息，也证明了bits中存储了method_list
p $8.get(1）和p $8.get(2)打印的是属性的set和get方法，由系统自动生成。p $8.get(2)oc封装于c++底层会默认添加