- Objective-C是一门动态性比较强的编程语言，跟C、C++等语言有着很大的不同
- Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的
- Runtime API提供的接口基本都是C语言的，源码由C\C++\汇编语言编写
isa详解
在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息
union isa_t
{
Class cls;
uintptr_t bits;
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19;
};
isa详解 – 位域
nonpointer
0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
1，代表优化过，使用位域存储更多的信息has_assoc
是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快has_cxx_dtor
是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快shiftcls
存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息magic
用于在调试时分辨对象是否未完成初始化weakly_referenced
是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快deallocating
对象是否正在释放extra_rc
里面存储的值是引用计数器减1has_sidetable_rc
引用计数器是否过大无法存储在isa中
如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中
Class的结构
Class的结构
class_rw_t
class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容
class_ro_t
class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容
method_t
struct method_t {
SEL name;
const char *types;
IMP imp;
};
- IMP代表函数的具体实现
==typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...);==
SEL代表方法\函数名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似
可以通过@selector()和sel_registerName()获得
可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的
==typedef struct objc_selector *SEL;==types包含了函数返回值、参数编码的字符串
iOS中提供了一个叫做@encode的指令，可以将具体的类型表示成字符串编码
image.png
image.png
方法缓存
Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度
方法缓存
源码中查找顺序
缓存查找
objc-cache.mm
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
{
assert(k != 0);
bucket_t *b = buckets();
mask_t m = mask();
mask_t begin = cache_hash(k, m);
mask_t i = begin;
do {
if (b[i].key() == 0 || b[i].key() == k) {
return &b[i];
}
} while ((i = cache_next(i, m)) != begin);
// hack
Class cls = (Class)((uintptr_t)this - offsetof(objc_class, cache));
cache_t::bad_cache(receiver, (SEL)k, cls);
@selector(方法名) %或者& _mask
都可以保证小于数组长度
特点：以空间换时间
一旦哈希表（散列表）扩容，那么就会清空缓存
void cache_t::expand()
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
uint32_t oldCapacity = capacity();
uint32_t newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;
if ((uint32_t)(mask_t)newCapacity != newCapacity) {
// mask overflow - can't grow further
// fixme this wastes one bit of mask
newCapacity = oldCapacity;
}
reallocate(oldCapacity, newCapacity);
}
哈希表核心原理，通过key，获取索引
static method_t *findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
assert(list);
const method_t * const first = &list->first;
const method_t *base = first;
const method_t *probe;
uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key;
uint32_t count;
for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
probe = base + (count >> 1);
uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
if (keyValue == probeValue) {
// `probe` is a match.
// Rewind looking for the *first* occurrence of this value.
// This is required for correct category overrides.
while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
probe--;
}
return (method_t *)probe;
}
if (keyValue > probeValue) {
base = probe + 1;
count--;
}
}
return nil;
}
objc_msgSend执行流程
OC中的方法调用，其实都是转换为objc_msgSend函数的调用
objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段
- 消息发送
- 动态方法解析
- 消息转发
objc_msgSend执行流程 – 源码跟读
1. objc-msg-arm64.s
ENTRY _objc_msgSend
b.le LNilOrTagged
CacheLookup NORMAL
.macro CacheLookup
.macro CheckMiss
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
.macro MethodTableLookup
__class_lookupMethodAndLoadCache3
2. objc-runtime-new.mm
_class_lookupMethodAndLoadCache3
lookUpImpOrForward
getMethodNoSuper_nolock、search_method_list、log_and_fill_cache
cache_getImp、log_and_fill_cache、getMethodNoSuper_nolock、log_and_fill_cache
_class_resolveInstanceMethod
_objc_msgForward_impcache
3. objc-msg-arm64.s
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
ENTRY __objc_msgForward
Core Foundation
__forwarding__（不开源）
objc_msgSend执行流程01-消息发送
image.png
如果是从class_rw_t中查找方法
已经排序的，二分查找
没有排序的，遍历查找
receiver通过isa指针找到receiverClass
receiverClass通过superclass指针找到superClass
objc_msgSend执行流程02-动态方法解析
image.png
开发者可以实现以下方法，来动态添加方法实现
+resolveInstanceMethod:
+resolveClassMethod:
动态解析过后，会重新走“消息发送”的流程
“从receiverClass的cache中查找方法”这一步开始执行
方式1：
void c_other(id self, SEL _cmd)
{
NSLog(@"c_other - %@ - %@", self, NSStringFromSelector(_cmd));
}
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(test)) {
// 第一个参数是object_getClass(self)
class_addMethod(object_getClass(self), sel, (IMP)c_other, "v16@0:8");
return YES;
}
return [super resolveClassMethod:sel];
}
方式2：
- (void)other
{
NSLog(@"%s", __func__);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
if (sel == @selector(test)) {
// 获取其他方法
Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
// 动态添加test方法的实现
class_addMethod(self, sel,
method_getImplementation(method),
method_getTypeEncoding(method));
// 返回YES代表有动态添加方法
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
==Method==可以理解为等价于struct method_t *
@dynamic是告诉编译器不用自动生成getter和setter的实现，等到运行时再添加方法实现
objc_msgSend的执行流程03-消息转发
15345992143445.jpg
- 开发者可以在forwardInvocation:方法中自定义任何逻辑
- 以上方法都有对象方法、类方法2个版本（前面可以是加号+，也可以是减号-）
生成NSMethodSignature
NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjeCTypes:@"i@:i"];
[[[LQObject alloc] init] methodSignatureForSelector:@selector(test:)];
动态方法解析源码
void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
if (! cls->isMetaClass()) {
// try [cls resolveInstanceMethod:sel]
_class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
}
else {
// try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
// and [cls resolveInstanceMethod:sel]
_class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst,
NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/))
{
_class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
}
}
}
动态方法解析的Method其实就是method_t
class_getInstanceMethid(self,@selector(test))
p (IMP)（method_t的地址）
可以从打印中看到方法地址以及信息
共用体：
共用同一块内存空间
一个字节可以存放多个bool变量的值
#define LQTallMask (1<<0)
#define LQRichMask (1<<1)
#define LQHandsomeMask (1<<2)
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
_tallRichHansome = 0b00000100;
}
return self;
}
- (void)setTall:(BOOL)tall
{
if (tall) {
_tallRichHansome |= LQTallMask;
} else {
_tallRichHansome &= ~LQTallMask;
}
}
- (BOOL)isTall
{
return !!(_tallRichHansome & LQTallMask);
}
#define LQTallMask (1<<0)
#define LQRichMask (1<<1)
#define LQHandsomeMask (1<<2)
union {
int bits;
struct {// 位域
char tall : 1;
char rich : 1;
char handsome : 1;
char thin : 1;
};
} _tallRichHandsome;
- (void)setTall:(BOOL)tall
{
if (tall) {
_tallRichHandsome.bits |= LQTallMask;
} else {
_tallRichHandsome.bits &= ~LQTallMask;
}
}
- (BOOL)isTall
{
return !!(_tallRichHandsome.bits & LQTallMask);
}
LQPerson *person = [[LQPerson alloc] init];
[person personTest];
// objc_msgSend(person, @selector(personTest));
// 消息接收者（receiver）：person
// 消息名称：personTest
[LQPerson initialize];
// objc_msgSend([LQPerson class], @selector(initialize));
// 消息接收者（receiver）：[LQPerson class]
// 消息名称：initialize
// OC的方法调用：消息机制，给方法调用者发送消息
// objc_msgSend如果找不到合适的方法进行调用，会报错unrecognized selector sent to instance
super的本质
super调用，底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用，接收2个参数
struct objc_super2 {
id receiver;
Class current_class;
};
receiver是消息接收者
current_class是receiver的Class对象
LLVM的中间代码（IR）
Objective-C在变为机器代码之前，会被LLVM编译器转换为中间代码（Intermediate Representation）
可以使用以下命令行指令生成中间代码
clang -emit-llvm -S main.m
语法简介
@ - 全局变量
% - 局部变量
alloca - 在当前执行的函数的堆栈帧中分配内存，当该函数返回到其调用者时，将自动释放内存
i32 - 32位4字节的整数
align - 对齐
load - 读出，store 写入
icmp - 两个整数值比较，返回布尔值
br - 选择分支，根据条件来转向label，不根据条件跳转的话类似 goto
label - 代码标签
call - 调用函数
具体可以参考官方文档：https://llvm.org/docs/LangRef.html
Runtime的应用
查看私有成员变量
设置UITextField占位文字的颜色
self.textField.placeholder = @"请输入用户名";
[self.textField setValue:[UIColor redColor] forKeyPath:@"_placeholderLabel.textColor"];
字典转模型
- 利用Runtime遍历所有的属性或者成员变量
- 利用KVC设值
替换方法实现
- class_replaceMethod
- method_exchangeImplementations
统一处理找不到的方法
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
// 本来能调用的方法
if ([self respondsToSelector:aSelector]) {
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
// 找不到的方法
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
// 找不到的方法，都会来到这里
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
NSLog(@"找不到%@方法", NSStringFromSelector(anInvocation.selector));
}
- isMemberOfClass与isKindOfClass源码
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
return object_getClass((id)self) == cls;
}
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
Runtime API
Runtime API – 类
- 动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
- 注册一个类（要在类注册之前添加成员变量）
void objc_registerClassPair(Class cls)
- 销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)
- 获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)
- 设置isa指向的Class
Class object_setClass(id obj, Class cls)
- 判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj)
- 判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
- 获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)
Runtime API – 成员变量
- 获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)
- 拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
- 设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
- 动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
- 获取成员变量的相关信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)
Runtime API – 属性
- 获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
- 拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
- 动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount)
- 动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
unsigned int attributeCount)
- 获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
Runtime API – 方法
- 获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)
- 方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name)
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
- 拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
- 动态添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
- 动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
- 获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)
- 选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)
- 用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)
resolveInstanceMethod如果是类对象调用的，那么一定需要实现+方法，因为是通过receiver去调用的，所以一定是类方法
查看原理
1、重写成c++代码
2、断点，查看汇编
3、product-performAction-Accemble"XXX"
转成汇编代码
可以查看到当前指令位于第几行代码
小技巧
255 -1
0xff 就是-1
Class、meta-class的地址值，最后3位一定是0
在arm64之前，直接就是指针
64位之后优化了，采取共用体的结构，64位存了很多东西，其中33位存的地址值-最后一个16进制位，要么是8要么是0
isa 需要在真机上运行，因为arm64和x86_64不同
