iOS底层探索之类结构下篇

上篇分析类结构，获取到了属性列表 property_array_t 和方法列表 method_array_t。

实践代码：

@interface GLPerson : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSString *name; /**<  8个字节  */
@property (nonatomic, strong) NSString *nickName; /**<  8个字节  */

- (void)sayHello;

+ (void)goSchool;

@end

@interface GLStudent : GLPerson

@end

一、类的类方法存储

通过源码查看，没有看到底层把 method 区分类方法还是实例方法。既然实例方法存在类对象中，类方法是不是可能存在元类中。试着通过 lldb 打印一下。

(lldb) x/4gx GLPerson.class
0x1000022b8: 0x0000000100002290 0x0000000100333140
0x1000022c8: 0x000000010113f640 0x0001802400000003
(lldb) p 0x0000000100002290 & 0x00007ffffffffff8ULL // 通过isa找到元类
(unsigned long long) $1 = 4294976144
(lldb) x/4gx $1  // 读取元类的内存
0x100002290: 0x00000001003330f0 0x00000001003330f0
0x1000022a0: 0x0000000100643250 0x0001e03500000007
(lldb) p (class_data_bits_t *)0x1000022b0 // 通过偏移32字节获取class_data_bits_t指针
(class_data_bits_t *) $2 = 0x00000001000022b0
(lldb) p *$2->data() // 调用class_data_bits_t 的data方法获取class_rw_t
(class_rw_t) $3 = {
  flags = 2684878849
  witness = 1
  ro_or_rw_ext = {
    std::__1::atomic<unsigned long> = 4294975528
  }
  firstSubclass = 0x00000001000022e0
  nextSiblingClass = 0x00007fff88bf1948
}
(lldb) p $3.methods() // 打印元类的方法列表
(const method_array_t) $4 = {
  list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
     = {
      list = 0x0000000100002070
      arrayAndFlag = 4294975600
    }
  }
}
(lldb) p $4.list
(method_list_t *const) $5 = 0x0000000100002070
(lldb) p *$5
(method_list_t) $6 = {
  entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
    entsizeAndFlags = 26
    count = 1
    first = {
      name = "goSchool"
      types = 0x0000000100000f7c "v16@0:8"
      imp = 0x0000000100000d70 (`+[GLPerson goSchool])
    }
  }
}
(lldb) p $6.get(0) // 第一个就是声明的类方法
(method_t) $7 = {
  name = "goSchool"
  types = 0x0000000100000f7c "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100000d70 (`+[GLPerson goSchool])
}
(lldb) p $6.get(1)  // 只有一个类方法，下一个越界了
Assertion failed: (i < count), function get, file /Users/xulong/Desktop/学习/alloc流程分析/runtime/objc-runtime-new.h, line 438.
error: Execution was interrupted, reason: signal SIGABRT.
The process has been returned to the state before expression evaluation.

通过上面代码发现：

  • 方法存储的时候是没有明确的区分是类方法还是实例方法的；
  • 实例方法存储在类的数据中；
  • 类方法存储在元类的数据中；
1.1 通过runtime源码分析

runtime 里面有方法:

  • class_getInstanceMethod : 返回一个类的指定实例方法；
  • class_getClassMethod ：返回一个类的指定类方法；
        const char *className = class_getName([GLPerson class]);
        Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
        
        Method instanceM1 = class_getInstanceMethod([GLPerson class], @selector(sayHello));
        Method instanceM2 = class_getInstanceMethod([GLPerson class], @selector(goSchool));

        Method classM1 = class_getClassMethod([GLPerson class], @selector(sayHello));
        Method classM2 = class_getClassMethod([GLPerson class], @selector(goSchool));
           
        Method metaInstanceM1 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello));
        Method metaInstanceM2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(goSchool));
        
        Method metaClassM1 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello));
        Method metaClassM2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(goSchool));
        
        
        NSLog(@"instanceM1:%p; instanceM2:%p; classM1:%p; classM2:%p;", instanceM1, instanceM2, classM1, classM2);
        
        NSLog(@"metaInstanceM1:%p; metaInstanceM2:%p; metaClassM1:%p; metaClassM2:%p;", metaInstanceM1, metaInstanceM2, metaClassM1, metaClassM2);

console: instanceM1:0x1000020f8; instanceM2:0x0; classM1:0x0; classM2:0x100002090;
console: metaInstanceM1:0x0; metaInstanceM2:0x1000020a0; metaClassM1:0x0; metaClassM2:0x1000020a0;

分析一下
第一行类输出：代表类有无

  • instanceM1 有值： 有 sayHello 实例方法，instanceM2 没值： 没有 goSchool 实例方法；
  • classM1 没值：没有 sayHello 类方法，classM2 有值：有 goSchool 类方法；

第二行元类输出：代表元类有无

  • metaInstanceM1 没值： 没有 sayHello 实例方法，metaInstanceM2 有值： 有 goSchool 实例方法；
  • metaClassM1 没值：没有 sayHello 类方法，metaClassM2 有值：有 goSchool 类方法；

这里先看下 class_getClassMethod 的源码：

Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

---
    // NOT identical to this->ISA when this is a metaclass
    Class getMeta() {
        if (isMetaClass()) return (Class)this;
        else return this->ISA();
    }

class_getClassMethod 的流程：

  1. class_getClassMethod 里面调用的也是 class_getInstanceMethod;
  2. 只不过传的类是 cls->getMeta() 这个方法返回的;
  3. getMeta 如果是元类，返回的就是自己；
  4. getMeta 如果不是元类，返回的是 ISA();
  5. 类的 ISA() 返回的是 该类的元类;

class_getClassMethod总结：

  • 如果传的类，里面是获取的元类的 class_getInstanceMethod 方法。也既类方法是从元类里面去找的。
  • 如果传的是元类，直接用元类调用 class_getInstanceMethod 方法。

二、是不是这个类 isKindOfClass & isMemberOfClass

首先有这样一段代码：

        BOOL obClass_k = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL obClass_m = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL peClass_k = [(id)[GLPerson class] isKindOfClass:[GLPerson class]];       //
        BOOL peClass_m = [(id)[GLPerson class] isMemberOfClass:[GLPerson class]];     //
        NSLog(@"\n obClass_k :%hhd\n obClass_m :%hhd\n peClass_k :%hhd\n peClass_m :%hhd\n",obClass_k, obClass_m, peClass_k, peClass_m);

        BOOL obInstance_k = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL obInstance_m = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL peInstance_k = [(id)[GLPerson alloc] isKindOfClass:[GLPerson class]];       //
        BOOL peInstance_m = [(id)[GLPerson alloc] isMemberOfClass:[GLPerson class]];     //
        NSLog(@"\n obInstance_k :%hhd\n obInstance_m :%hhd\n peInstance_k :%hhd\n peInstance_m :%hhd\n",obInstance_k, obInstance_m, peInstance_k, peInstance_m);

console:

 obClass_k :1
 obClass_m :0
 peClass_k :0
 peClass_m :0
---
 obInstance_k :1
 obInstance_m :1
 peInstance_k :1
 peInstance_m :1

可找到上面调用的具体源码如下：

// 类方法调用
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = self->ISA(); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return self->ISA() == cls;
}

// 实例方法调用
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

但是在实际调用的时候，断点发现 isKindOfClass 没有走到 上面的源码中，通过汇编查看下具体走的什么方法

isKindOfClass汇编查看.png

发现调用的是objc_opt_isKindOfClass，what !!!，猜测应该是苹果再 llvm 编译时期做了操作。

// Calls [obj isKindOfClass]
BOOL
objc_opt_isKindOfClass(id obj, Class otherClass)
{
#if __OBJC2__
    if (slowpath(!obj)) return NO;
    Class cls = obj->getIsa();
    if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
        for (Class tcls = cls; tcls; tcls = tcls->superclass) {
            if (tcls == otherClass) return YES;
        }
        return NO;
    }
#endif
    return ((BOOL(*)(id, SEL, Class))objc_msgSend)(obj, @selector(isKindOfClass:), otherClass);
}

  • 分析1 [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];：

    1. [NSObject class] 返回类自己;
    2. objc_opt_isKindOfClass 中，obj 为 NSObject 类， otherClass 为 NSObject 类；
    3. Class cls 首先赋值为 NSObject 的元类;
    4. Class tcls = cls，tcls 赋值元类，判断 tcls 是否等于 otherClass，类不等于元类；
    5. 把 tcls = tcls->superclass，NSObject 元类的 superclass 为根类，也就是 [NSObject class]；
    6. tcls 现在为 NSObject 类，所以和 otherClass 相等；
    7. 返回 YES；

  • 分析2 [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]:

    1. [NSObject class] 返回类自己，所以会调用类方法;
    2. self 和 cls 都为 NSObject 类；
    3. self->ISA() 返回 NSObject 的元类；
    4. NSObject 的元类和类不相等；
    5. 返回 NO；

  • 分析3 [(id)[GLPerson class] isKindOfClass:[GLPerson class]]:

    1. [GLPerson class] 返回类自己，所以会调用类方法;
    2. objc_opt_isKindOfClass 中，obj 为 GLPerson 类， otherClass 为 GLPerson 类；
    3. Class cls 和 Class tcls 首先赋值为 GLPerson 的元类;
    4. tcls 存在，判断 tcls 是否等于 otherClass，类不等于元类；
    5. 把 tcls = tcls->superclass，GLPerson 元类的 superclass 为根元类，也就是 [NSObject class] 的元类；
    6. tcls 现在为 NSObject 元类，不等于 otherClass 的 GLPerson 类；
    7. 再次把 tcls = tcls->superclass，NSObject 元类的 superclass 为 [NSObject class] 类；
    8. tcls为 NSObject 类 不等于 otherClass 的 GLPerson 类；
    9. 再再次 tcls = tcls->superclass，NSObject 类的 superclass 为 nil；
    10. tcls 为 nil;
    11. 返回 NO；

  • 分析4 [(id)[GLPerson class] isMemberOfClass:[GLPerson class]]:

    1. [GLPerson class] 返回类自己，所以会调用类方法;
    2. self 和 cls 都为 GLPerson 类；
    3. self->ISA() 返回 GLPerson 的元类；
    4. GLPerson 的元类和类不相等；
    5. 返回 NO；

  • 分析5 [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]:

    1. [NSObject alloc] 是实例；
    2. Class cls = obj->getIsa()，cls 赋值为 NSObject 类；
    3. Class cls 和 tcls 赋值为 NSObject 类，otherClass 赋值为 NSObject 类；cls 为 [NSObject class]；
    4. 所以 tcls 等于 otherClass，都是 NSObject 类；
    5. 返回 YES;

  • 分析6 [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]:

    1. [NSObject alloc] 是实例，所以会调用实例方法；
    2. [self class] 为 NSObject 类，cls 为 [NSObject class]；
    3. 都是 NSObject 类；
    4. 返回 YES;

  • 分析7 [(id)[GLPerson alloc] isKindOfClass:[GLPerson class]]:

    1. [GLPerson alloc] 是实例；
    2. Class cls = obj->getIsa()，cls 赋值为 GLPerson 类；
    3. Class cls 和 tcls 赋值为 GLPerson 类，otherClass 为 GLPerson 类；
    4. 所以 tcls 等于 otherClass，都是 GLPerson 类；
    5. 返回 YES;

  • 分析8 [(id)[GLPerson alloc] isMemberOfClass:[GLPerson class]]:

    1. [GLPerson alloc] 是实例，所以会调用实例方法；
    2. [self class] 为 GLPerson 类，cls 为 [GLPerson class]；
    3. 都是 GLPerson 类；
    4. 返回 YES;
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