类的结构分析

类分析初探

基于isa结构分析，我们可以通过lldb获取对象的内存情况

创建一个Person类对象

Person *person = [[Person alloc] init];

查看类对象的内存信息

lldb命令 x/4gx person获取person内存，首地址代表当前对象也代表isa。

NSObject 的第一个成员变量为isa

person内存情况.png
将首地址与ISA_MASK进行与运算，得到当前类信息

x86_64 ISA_MASK 的值为 0x00007ffffffffff8ULL

当前类信息.png
继续查看当前类的内存分布

类的内存分布.png

元类

查看类的首地址，再次找到Person。

在Apple中，我们简称Person类的类为 元类。

这个0x0000000100002158下的Person就是元类。

类的归属是元类，元类的定义和创建都由编译器自动完成

元类.png
查看元类的首地址，输出为NSOjbect。

根元类.png
输出NSOjbect类的首地址，NSObject的元类也是NSObject。

NSOjbect也叫做根元类。

NSObject的首地址.png

查看类对象内存存在个数

代码

void testClassNum(){
    Class class1 = [Person class];
    Class class2 = [Person alloc].class;
    Class class3 = object_getClass([Person alloc]);
    NSLog(@"\nclass1 -%p\nclass2 -%p\nclass3 -%p\n",class1,class2,class3);
}

结果

类对象在内存中仅存在1个

类对象内存存在个数.png

isa 流程图

isa的指向：

NSObject：实例对象->根类->根元类
Person：实例对象->类->元类->根元类
Person的子类: 实例对象->类->元类->父元类->根元类

isa流程图.png

`objc_object` & `objc_class`

我们通过isa结构分析中编译到main.cpp打开，可以找到几乎所有的类的结构体都是objc_object，所以objc_object是根对象。

`objc_object`


typedef struct objc_object NSObject;

struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

`objc_class`

同样的，在main.cpp中我们可以找到，这个Class是objc_class重定义的，所以说类的底层是objc_class类型。

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

typedef struct objc_class *Class;

在objc/objc-runtime-new.h中我们找到objc_class 是继承于objc_object的，所以对象、类和元类都有 isa。

struct objc_class : objc_object

类结构源码

在objc/objc-runtime-new.h中查看objc_class的源码，我们通过lldb辅助调试。

结构

isa，继承于objc_object
superclass，父类
cache，缓存
bits

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

`lldb`调试

我们查看到第一段地址依旧是isa，第二段地址是superclass，通过p/x NSObject.class，可以知道第二段地址的NSObject不是元类。

类的内存查看.png

查看bits的内存

获取bits首地址

要想知道bits的首地址，已知isa为8字节，superclass为8字节，需要先算出cache的内存大小，从首地址进行偏移后获取到bits的首地址。

计算cache_t的大小

cache_t大小为16字节，首地址偏移8+8+16字节可得到bits首地址。

struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; // 是一个结构体指针类型，占8字节
    explicit_atomic<mask_t> _mask; //是mask_t 类型，而 mask_t 是 unsigned int 的别名，占4字节
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
    explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets; //是指针，占8字节
    mask_t _mask_unused; //是mask_t 类型，而 mask_t 是 uint32_t 类型定义的别名，占4字节

#if __LP64__
    uint16_t _flags;  //是uint16_t类型，uint16_t是 unsigned short 的别名，占 2个字节
#endif
    uint16_t _occupied; //是uint16_t类型，uint16_t是 unsigned short 的别名，占 2个字节

获取偏移后的地址

获取bits地址.png

查看class_rw_t

根据class_data_bits_t开放的data()获取到class_rw_t

class_rw_t *data() const {
        return bits.data();
  }

获取class_rw_t.png

查看`properties()`

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};
        }
    }

Person新增一个属性name

@property (nonatomic, copy) NSString *name

通过lldb获取property_array_t内的信息。

property_list.png

查看`methods()`

 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()};
        }
    }

Person新增一个实例方法sayHello，一个类方法testClassMethod;

- (void)say;

+ (void)testClassMethod;

通过lldb获取method_array_t内的信息。

先获取methods地址

methods.png

查看methods内容，但是仅找到了实例方法sayHello，未找到类方法testClassMethod。

method_array_content.png