类的结构分析
类分析初探
首先我们先创建一个类LGPerson，再创建一个继承于LGPerson的子类LcrTeacher。
@interface LGPerson : NSObject
{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
-(void)sayHello;
+(void)say88;
@end
#import "LGPerson.h"
@implementation LGPerson
-(void)sayHello{
}
+(void)say88{
}
@end
#import "LGPerson.h"
@interface LcrTeacher : LGPerson
@end
#import "LcrTeacher.h"
@implementation LcrTeacher
@end
在main.m文件中我们创建两个对象：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
//ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
LcrTeacher *teacher = [LcrTeacher alloc];
NSLog(@"%@ ---- %@",person,teacher);
}
return 0;
}
利用lldb调试我们打印出下面图片中一些信息：
如上图所示，1 、2处的打印结果都为LGPerson，1处是因为person对象的指针指向类，所以当此对象的指针地址&ISA_MASK时，所得到的就是LGPerson类地址，打印即为LGPerson。2 处打印的地址是类的isa&ISA_MASK后得到的元类的信息，那么这个元类到底是什么？
元类
对象的isa指向的是所对应的类的信息，类其实也是一个对象，它的内存信息中保存的位域信息所指向的就是由苹果定义的元类：
1.元类是由系统定义并创建的，这个过程是在编译期间完成的。
2.元类的类对象是类，元类中保存着类的相关类方法信息。
3.元类是没有自己的名字，由于与当前类相关联，所以苹果直接拿当前类名命名元类。
由此，上面的1、2处打印的都为LGPerson就是元类导致的。
通过lldb可以调试元类信息链，即isa走向，对象--->类--->元类--->根元类--->根类（NSObject）:
上图可见：
-
对象的isa指向类。 -
类的isa指向元类。 -
元类的isa指向根元类。 -
根元类的isa指向自己。
著名isa及Superclass走位图
结合上面的工程，将我们自定义的类信息放上去，isa及Superclass走向一目了然：
-
isa走向：-
teacher走位链：teacher（对象） --->LcrTeacher（类） --->LcrTeacher（元类） --->NSObject（根元类）--->NSObject（自己） 。 -
person走位链：person（对象）--->LGPerson（类） --->LGPerson（元类） --->NSObject（根元类）--->NSObject（自己） 。
-
-
Superclass走向：-
类的走向链：Lcrteacher（子类）--->LGPerson（父类） --->NSObject（根类） --->nil。 -
元类的走向链：LcrTeacher（子类元类） --->LGPerson（父类元类） --->NSObject（根元类） --->NSObject（根类） --->nil。
-
objc_object & objc_class
在继续下面类的结构分析之前，我们先来了解objc_object 和 objc_class两个概念，以及它们之间是怎样的关系？
objc_class:
在上篇文章iOS底层 - isa与类关联的原理 中，通过clang编译过的main.cpp文件中可以看到类的底层结构：
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
typedef struct objc_class *Class;
NSObject 被编译成了一个NSObject_IMPL结构体，里面有一个Class类型的isa,类型Class 是由objc_class 定义的。
在源码objc4-781源码中我们搜索objc_class，找到最新源码:
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
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
void setInfo(uint32_t set) {
ASSERT(isFuture() || isRealized());
data()->setFlags(set);
}
void clearInfo(uint32_t clear) {
ASSERT(isFuture() || isRealized());
data()->clearFlags(clear);
}
//略
}
从objc_class的源码中看出objc_class 是继承自objc_object的。
objc_object:
查看源码，在objc.h及objc_private.h两个文件中分别能找到objc_object的源码实现：
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
public:
// ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
Class ISA();
//略
}
那么objc_class和objc_object 以及 NSObject 、对象到底是什么关系？
-
objc_class继承自objc_object，所以objc_class中有一个继承过来的isa属性。 - 通过
clang编译的main.cpp 中看出NSObject_IMPL中有一个Class类型的isa，而Class是由objc_class定义的,而objc_class又继承自objc_object，所以可知所有以NSObject所创建的对象都有一个isa属性。 - 即
objc_object是一个对象创造的根类，所有对象创建之后都带有objc_object的特性，带有一个isa属性。
总结
- 所有的
对象+类+元类都有isa。 - 所有的对象都是由
objc_object继承来的。 - 简单概括就是
万物皆对象，万物皆来源于objc_object，有以下两点结论：- 所有以
objc_object为模板 创建的对象，都有isa属性 - 所有以
objc_class为模板，创建的类，都有isa属性
- 所有以
- 在结构层面可以通俗的理解为
上层OC与底层的对接：-
下层是通过 结构体 定义的 模板，例如objc_class、objc_object -
上层是通过底层的模板创建的 一些类型，例如LGPerson
可以用下图表示出:
objc_object & objc_class & isa
-
类的结构分析
上面分析可知类是以objc_class为模版创建的，那么我们就从objc_class入手研究类底层结构:
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
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
//省略下方方法
}
- 继承于objc_object，默认带有一个isa,大小为8字节。
- 父类superclass，objc_class定义的一个Class类型的结构体指针，大小也为8字节。
- cache 类的缓存信息，结构体cache_t类型，我们在下面会计算cache属性大小。（cache是一个结构体，而不是结构体指针，不能简单地认为大小8字节）
- bits 存放类的一些信息，class_data_bits_t 结构体类型，接下来我们就针对这个bits里存放的信息进行一步步探究。
cache大小
struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; //8
explicit_atomic<mask_t> _mask; //4
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; // 8
mask_t _mask_unused; // 4
//过滤一些静态的，因为静态不计入结构体的大小
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
// _maskAndBuckets stores the mask shift in the low 4 bits, and
// the buckets pointer in the remainder of the value. The mask
// shift is the value where (0xffff >> shift) produces the correct
// mask. This is equal to 16 - log2(cache_size).
explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
mask_t _mask_unused;
static constexpr uintptr_t maskBits = 4;
static constexpr uintptr_t maskMask = (1 << maskBits) - 1;
static constexpr uintptr_t bucketsMask = ~maskMask;
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif
#if __LP64__
uint16_t _flags; //2
#endif
uint16_t _occupied; //2
//省略下面的方法,结构体大小只和属性有关
}
有上面代码可得，cache大小为16，所以8 + 8 + 16 ，想获得bts里的信息的话，我们可利用指针偏移32来获取类信息中的bits，这样就可以访问类相关的一些信息了。
其中data()方法获取信息，是objc_class提供的方法：
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
目前已经拿到了bits信息，但是还不够，我们暂时还看不到一些具体的类的信息，所以我们继续往下探索：
bits 查看属性列表 property_list
由于上方获取到的bits是class_rw_t类型结构体， 查看class_rw_t 源码，我们可以找到类的一些相关信息：
可以看到，方法列表methods、属性列表properties、协议列表protocols等类的信息。
既然有这些信息，我们不妨试着去获取它们，并且将它们打印：
所以，通过点方法
.properties()，就可以获取到类的属性列表，再通过p *$6 打印$6里的数据，可以获得property_list_t类型的属性列表，进而打印.get()方法，获取每一个属性。.get()一直获取属性的话，会造成数组越界的结果，因为类的属性个数是固定的，文章头部的LGPerson有两个属性（nickName和name），所以此处只能.get()到这两个属性.
bits 查看属性列表 method_list
@interface LGPerson : NSObject
{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
-(void)sayHello;
+(void)say88;
@end
下面再利用lldb调试，是否也能像属性列表一样方式去查看类的方法列表：
由上图可知，可以利用.methods()获取bits信息中的方法列表,获取到的也是一个method_list_t类型的方法列表信息，然后利用.get()方法一个个获取到方法。LGPerson 共有6个方法，实例方法sayHello，.cxx_destruct，name属性的set和get，nickName属性的set和get。
最后留下两个问题：成员变量hobby在哪里？以及类方法+say88又在哪里？下篇文章我们一一揭晓。
