类的结构
老规矩，还是从源码搞起。我们先在main.m中定义一个类ZPerson，继承自NSObject。
@interface ZPerson : NSObject{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;
@end
@implementation ZPerson
- (void)sayHello{
NSLog(@"ZPerson say : Hello!!!");
}
+ (void)sayHappy{
NSLog(@"ZPerson say : Happy!!!");
}
@end
然后通过通过命令行进行编译。
clang -rewrite-objc main.m
typedef struct objc_class *Class;
编译后得到一个main.cpp文件。之后我们可以在文件中查找关于类Class的定义，即Class是一个objc_class类型的结构体。在objc的源码中，继续查找关于objc_class结构体的一些信息。
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; 继承自objc_object //8
Class superclass; //8
cache_t cache; //16 // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
//bits 从bits中读取数据
class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
...
}
根据源码我们可以知道，objc_class集成了objc_object。哈哈，原来类也是一个对象啊，类对象。万物皆对象！objc_class中包含了isa（从objc_object集成而来）、superclass（它的父类）、cache_t（缓存, 以后再分析）、bits(存储的数据，属性、方法、协议等)等一系列信息。
补充：NSObject是一个类，而类的底层是objc_class，所以我们可以认为NSObject就是对底层的objc_class的上层封装。
类中的数据存储
从上面类的结构中，我们知道类的数据存贮才bits中，可以通过data()方法得到。data()返回一个class_rw_t结构，我们可以从中拿到我们想要的哟。rw代表可读可写，类中的属性、方法还有遵循的协议等信息都保存在 class_rw_t 中。下面看一下class_rw_t的源码结构:
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
...
}
再看一下class_ro_t的数据结构：
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;//类名
method_list_t * baseMethodList;//原始方法列表
protocol_list_t * baseProtocols;//原始协议列表
const ivar_list_t * ivars;//成员变量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;//属性列表
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
};
ro是一个class_ro_t 结构体类型的指针，占8个bytes大小。class_ro_t与class_rw_t名字类似，rw是可读可写，那ro就是只读（readonly）了吧，哈哈。class_ro_t与class_rw_t结构也有些类似，class_ro_t中存储了当前类在编译期就已经确定的属性、方法以及遵循的协议，不包括分类和后来动态添加的东西。baseProperties存贮了属性，属性在编译时会将一个“_”+属性名成员变量添加到ivars中。ivar中存贮了声明的所有成员变量。属性在编译时还会自动生成set、get方法存储在baseMethodList方法列表中，成员变量不会生成set、get方法。baseMethodList存储了类中的所有原始方法。
下面我们就会汇编探究一下是不是这样。
创建一个person对象
然后在控制台做如下打印：
打印出person.class的类
(lldb) x/6gx person.class
0x1000024e0: 0x001d8001000024b9 0x0000000100b37140
0x1000024f0: 0x0000000101e633f0 0x0000000200000003
0x100002500: 0x0000000101e62d24 0x0000000100b370f0
0x1000024e0 为类在内存中起始指针，指向isa
(lldb) po 0x1000024e0
ZPerson
根据上面类的结构和内存偏移，再偏移8位，就是superclass
(lldb) po 0x1000024e8
<NSObject: 0x1000024e8>
同理0x1000024e0指针偏移32位， 就是bits， 强转为class_data_bits_t类型
(lldb) p (class_data_bits_t *)0x100002500
(class_data_bits_t *) $3 = 0x0000000100002500
调用data()方法，获取bits里面的数据，返回一个class_rw_t结构体
(lldb) p $3->data()
(class_rw_t *) $4 = 0x0000000101872d30
打印出$4指针所指向的值 看一下class_rw_t结构
(lldb) p *$4
(class_rw_t) $5 = {
flags = 2148139008
version = 0
ro = 0x00000001000022e8
methods = {
list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
= {
list = 0x0000000100002220
arrayAndFlag = 4294976032
}
}
}
properties = {
list_array_tt<property_t, property_list_t> = {
= {
list = 0x00000001000022d0
arrayAndFlag = 4294976208
}
}
}
protocols = {
list_array_tt<unsigned long, protocol_list_t> = {
= {
list = 0x0000000000000000
arrayAndFlag = 0
}
}
}
firstSubclass = nil
nextSiblingClass = NSUUID
demangledName = 0x0000000100001f75 "ZPerson"
}
打印一下ro
(lldb) p $5.ro
(const class_ro_t *) $6 = 0x00000001000022e8
(lldb) p *$6
(const class_ro_t) $7 = {
flags = 388
instanceStart = 8
instanceSize = 24
reserved = 0
ivarLayout = 0x0000000100001f7d "\x02"
name = 0x0000000100001f75 "ZPerson"
baseMethodList = 0x0000000100002220
baseProtocols = 0x0000000000000000
ivars = 0x0000000100002288
weakIvarLayout = 0x0000000000000000
baseProperties = 0x00000001000022d0
}
打印ro中的baseProperties属性列表, 我们找到了我们声明的属性nickName
(lldb) p *$7.baseProperties
(property_list_t) $8 = {
entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0> = {
entsizeAndFlags = 16
count = 1
first = (name = "nickName", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_nickName")
}
}
在打印一下ivars成员变量列表
(lldb) p *$7.ivars
(const ivar_list_t) $9 = {
entsize_list_tt<ivar_t, ivar_list_t, 0> = {
entsizeAndFlags = 32
count = 2 //总有2个成员变量
first = {
offset = 0x0000000100002498
name = 0x0000000100001e62 "hobby"
type = 0x0000000100001fa2 "@\"NSString\""
alignment_raw = 3
size = 8
}
}
}
在打印一下第二个成员变量
(lldb) p $9.get(1)
(ivar_t) $10 = {
offset = 0x00000001000024a0
name = 0x0000000100001e68 "_nickName"
type = 0x0000000100001fa2 "@\"NSString\""
alignment_raw = 3
size = 8
}
找到了nickName， 这是自动生成的，验证了上面所说的属性在编译时会将一个“”+属性名成员变量添加到ivars中
再找一下方法
(lldb) p *$7.baseMethodList
(method_list_t) $11 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 4
first = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a80 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:109)
}
}
}
(lldb) p $11.get(0)
(method_t) $13 = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a80 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:109)
}
(lldb) p $11.get(1)
(method_t) $12 = {
name = ".cxx_destruct"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001b50 (LGTest`-[ZPerson .cxx_destruct] at main.m:108)
}
(lldb) p $11.get(2)
(method_t) $14 = {
name = "setNickName:"
types = 0x0000000100001f97 "v24@0:8@16"
imp = 0x0000000100001b10 (LGTest`-[ZPerson setNickName:] at main.m:101)
}
(lldb) p $11.get(3)
(method_t) $15 = {
name = "nickName"
types = 0x0000000100001f8f "@16@0:8"
imp = 0x0000000100001ae0 (LGTest`-[ZPerson nickName] at main.m:101)
}
总共四个方法我们创建的sayHello()、系统自动为属性nickName自动添加的get/set方法和一个系统默认添加的方法。并没有找到我们创建的sayHappy()，说明类方法并没有存在类里。那么类方法存在哪里呢？类方法存在元类里！那么我们怎么去验证呢？
根据isa的走位图我们知道，类的isa指向元类，所以我们要先拿到当前类isa，再按照上面的流程，去元类中查看class_ro_t结构，就能找到了。
先拿到类的isa的指向地址，也就是元类
(lldb) p/x 0x001d8001000024b9 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $3 = 0x00000001000024b8
打印元类内存地址信息
(lldb) x/6gx 0x00000001000024b8
0x1000024b8: 0x001d800100b370f1 0x0000000100b370f0
0x1000024c8: 0x0000000102d1a9a0 0x0000000100000003
0x1000024d8: 0x0000000102d1a900 0x001d8001000024b9
参考上面拿到类的class_ro_t信息流程，我们可以拿到了元类的class_ro_t，打印一下baseMethodList，我们看到sayHappy方法。验证了类方法存贮在元类中。还有谁！
(lldb) p *$11
(method_list_t) $12 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "sayHappy"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001ab0 (LGTest`+[ZPerson sayHappy] at main.m:113)
}
}
}
我们再看一下除了ro以外的其他信息：
method_list_t methods：方法列表(如果是类对象存储的是对象方法，元类对象存储的是类方法)。methods是一个二维数组，外层是method_list_t,每个method_list_t又包含了多个method_t。这个是可写的，因为后期可能会有多个分类需要合并到类的方法列表中,还有可能动态添加方法。关于动态方法我们放在后面再探究，目前先简单看一下method_array_t和method_t的数据结构：
class method_array_t :
public list_array_tt<method_t, method_list_t>
{
typedef list_array_tt<method_t, method_list_t> Super;
public:
method_list_t **beginCategoryMethodLists() {
return beginLists();
}
method_list_t **endCategoryMethodLists(Class cls);
method_array_t duplicate() {
return Super::duplicate<method_array_t>();
}
};
struct method_t {
//方法\函数名，一般叫做选择器
SEL name;
//包含了函数返回值，参数编码的字符串。通过字符串拼接的方式将返回值和参数拼接成一个字符串，来代表函数返回值及参数。
const char *types;
//代表函数的具体实现，存储的内容是函数地址。也就是说当找到imp的时候就可以找到函数实现，进而对函数进行调用。
MethodListIMP imp;
struct SortBySELAddress :
public std::binary_function<const method_t&,
const method_t&, bool>
{
bool operator() (const method_t& lhs,
const method_t& rhs)
{ return lhs.name < rhs.name; }
};
};
我们发现method_array_t中有一个beginCategoryMethodLists()方法。我们猜想，能否通过它来读取存储在method_array_t中的方法呢？
先打印一下methods
(lldb) p $8.methods
(method_array_t) $20 = {
list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
= {
list = 0x00000001000021f8
arrayAndFlag = 4294975992
}
}
}
//再打印一下beginCategoryMethodLists()方法的返回，返回一个指向method_list_t的二级指针
(lldb) p $20.beginCategoryMethodLists()
(method_list_t **) $21 = 0x0000000101b53bb0
//取一下二级指针的值，变成指向method_list_t的指针
(lldb) p *$21
(method_list_t *) $22 = 0x00000001000021f8
//取一下method_list_t指针指向的内存空间，找到了跟ro中存储的一样的方法，method_array_t取值成功。
(lldb) p *$22
(method_list_t) $23 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 5
first = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f82 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a30 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:124)
}
}
}
(lldb) p $23.get(0)
(method_t) $24 = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f82 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a30 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:124)
}
property_array_t、protocol_array_t与method_list_t类似，就不重复列举了。
