OC class结构浅析

前言

深入理解OC对象一文中有提到类的结构, 本文将进一步深入解析其结构。

大纲

结构总览
方法 method_t
cache_t

1. 结构总览

由源码typedef struct objc_class *Class;可知class就是个结构体指针，去看objc_class定义（截取重要部分）如下：

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();
    }
}

类型	名称	解释
cache_t	cache	方法缓存
class_data_bits_t	bits	存储信息

isa和 superclass在深入理解OC对象中已经提及，这里不再赘述。类中的相关信息存放在bits，不过需要通过一次位运算来获取。

返回的是一个class_rw_t类型，源码如下（截取重要部分）：

struct class_rw_t {
    const class_ro_t *ro() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (slowpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->ro;
        }
        return v.get<const class_ro_t *>();
    }
    const method_array_t methods() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->methods;
        } else {
            return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseMethods()};
        }
    }
    const property_array_t properties() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->properties;
        } else {
            return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProperties};
        }
    }
    const protocol_array_t protocols() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>()->protocols;
        } else {
            return protocol_array_t{v.get<const class_ro_t *>()->baseProtocols};
        }
    }
}


class_ro_t	ro	类的相关信息
method_list_t	methods	方法列表（二维数组）
property_list_t	properties	属性列表（二维数组）
protocols_list_t	protocols	协议列表（二维数组）

methods、properties、protocols分别存储了这个类的相关信息，它们都是可变的。还有个只读的ro也存储了一些信息。

struct class_ro_t {
    const char * name;
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;
    property_list_t *baseProperties;
    ......
}

综上所述，可以用下面一张图概括:

结构总览图

2. method_t

struct class_rw_t中的methods存储的是这个类的方法

types采用的是@encode指令表示的字符串编码。具体可参考官方文档或者网上博客。

3. cache_t

每次调用同样的方法的时候如果都去相关的类中查找，无疑是效率低下的。所以，可以将调用过的方法存储在缓存中，下一次需要调用的时候直接去缓存中查找。struct objc_class 中的cache_t cache就是方法缓存。其存储结构为散列表

这里大致讲一下流程：

[object instanceMethod];

当第一次调用instanceMethod时，将@selector(instanceMethod) & _mask会得出一个下标index。
则_buckets[index]中存储的就是该方法的bucket_t。
当第二次调用instanceMethod时，同理将@selector(instanceMethod) & _mask会得出一个下标index.
由上面可知步骤一和步骤三得出的下标index是一样的。
取出_buckets[index]就可以找到该方法的相关信息了。

补充一：当然通过将SEL与上_mask肯定会出现：SEL不同，但是计算出来的下标相同的情况。这里apple采用的做法是下标-1的做法。

#if __arm__  ||  __x86_64__  ||  __i386__
// objc_msgSend has few registers available.
// Cache scan increments and wraps at special end-marking bucket.
#define CACHE_END_MARKER 1
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
    return (i+1) & mask;
}
#elif __arm64__
// objc_msgSend has lots of registers available.
// Cache scan decrements. No end marker needed.
#define CACHE_END_MARKER 0
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
    return i ? i-1 : mask;
}

假设通过&运算计算出的下标为index，如果index已经缓存了别的方法，则index -= 1。如果此时index仍然缓存了别的方法，继续index-=1，一次类推。如果index=0还是没有地方缓存，则index=最大值-1。继续一次类推，知道找到为止。读取方法时也是同样逻辑。

补充二：如果缓存散列表已经满了，则会重新开辟更大的空间来存储，则之前的缓存将会被清空掉。