一 对象 isa 类 元类
上代码
//MARK: - 分析类在内存存在个数
void lgTestClassNum(){
Class class1 = [LGPerson class];
Class class2 = [LGPerson alloc].class;
Class class3 = object_getClass([LGPerson alloc]);
Class class4 = [LGPerson alloc].class;
NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n%p",class1,class2,class3,class4);
/*
打印结果:
0x100003270-
0x100003270-
0x100003270-
0x100003270
*/
}
上述代码中,通过三种不同方式创建LGPerson三个类对象,但三个类对象的地址一模一样,说明类在内存中只有一个.
那我们带着上面的结论来看下面这组lldb打印结果
问题 : 为什么Person的地址有两个
- 首先我们获取了
person对象的isa地址 进行p/x 0x001d8001000081d1 & 0x00007ffffffffff8ULL操作 获得person对象的类地址0x00000001000081d0跟我们进行p/x person.class的结果相同 -
0x00000001000081a8为Person类的isa指向即为Person类的元类
元类的说明
下面来解释什么是元类，主要有以下几点说明：
我们都知道 对象的
isa是指向类，类的其实也是一个对象，可以称为类对象，其isa的位域指向苹果定义的元类元类是系统给的，其
定义和创建都是由编译器完成，在这个过程中，类的归属来自于元类元类 是
类对象的类，每个类都有一个独一无二的元类用来存储 类方法的相关信息。元类本身是没有
名称的，由于与类相关联，所以使用了同类名一样的名称
如果我们继续进行isa执行溯源 最终可得出以下结论 这里就不截图了有兴趣的同学可以自己验证下
- isa指向 :
对象 --> 类 --> 元类 --> NSobject(根元类) -->NSObject 指向自身 - 继承关系:
子类 --> 父类 --> 根类(NSobject) --> nil - 元类继承关系 :
子元类 --> 父元类 --> 根元类(NSobject) --> NSobject --> nil
著名的 isa走位 & 继承关系 图
代码验证 :
// NSObject实例对象
NSObject *object1 = [NSObject alloc];
// NSObject类
Class class = object_getClass(object1);
// NSObject元类
Class metaClass = object_getClass(class);
// NSObject根元类
Class rootMetaClass = object_getClass(metaClass);
// NSObject根根元类
Class rootRootMetaClass = object_getClass(rootMetaClass);
NSLog(@"\n%p 实例对象\n%p 类\n%p 元类\n%p 根元类\n%p 根根元类",object1,class,metaClass,rootMetaClass,rootRootMetaClass);
/*
打印结果:
0x1007160b0 实例对象
0x7fff98847118 类
0x7fff988470f0 元类
0x7fff988470f0 根元类
0x7fff988470f0 根根元类
*/
二 类的结构
我们新建一个 macOS 控制台项目，然后新建两个类 Teacher 和 Student 出来，其中 Teacher 继承自 NSObject, Student 继承自 Teacher。
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Student.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu = [Student alloc];
NSLog(@"stu: %@", stu);
}
return 0;
}
使用clang命令
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
扩展
如果是目标文件导入了
UIKit框架，则我们需要使用clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.7.sdk main.m, 其中 13.7 要根据当前的模拟器SDK版本来做更改。其中
xcode安装的时候顺带安装了 xcrun 命令，xcrun命令在 clang 的基础上进行了一些封装，要更简单好用一些。
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp(模拟器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp(手机)
这个命令是将我们的 main.m 文件编译成C++文件main.cpp，我们打开这个文件搜索 Student,我们发现有多个地方都出现了 Student，然后我们使用全局搜索关键字typedef struct objc_object，最终我们找到了class的定义
typedef struct objc_class *Class;
然后去 源码中直接搜索 struct objc_class，然后定位到 objc-runtime-new.h 文件
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();
}
// 省略部分代码.......
}
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
可以看到objc_class是继承于objc_object的，而objc_class本身是没有isa的，其isa继承自objc_object,对象又是由类创建的
由此可知objc_object 与 对象的关系，对象、类、元类都有isa,那么可以说所有的对象都是按照objc_object的模板继承而来的，所有的对象都继承于objc_object.
三 类结构探索
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; //8字节
Class superclass; //Class 类型 8字节
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
//....方法部分省略，未贴出
}
isa属性：继承自objc_object的isa，占8字节superclass属性：Class类型，Class是由objc_object定义的，是一个指针，占8字节cache属性 : 结构体类型 大小要看内部结构bits属性：只有首地址经过上面3个属性的内存大小总和的平移，才能获取到bits
cache大小分析
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
总结：所以最后计算出cache类的内存大小 = 12 + 2 + 2 = 16字节
bits
通过类的首地址平移32字节获取 class_data_bits_t*:
(lldb) p/x Person.class
(Class) $0 = 0x00000001000082d0 Person
//首地址平移32字节
(lldb) p (class_data_bits_t*) 0x1000082f0
(class_data_bits_t *) $1 = 0x00000001000082f0
(lldb) p $1-> data()
//data方法获取bits
(class_rw_t *) $2 = 0x000000010072e1d0
现在我们获取到 class_data_bits_t 结构体中的class_rw_t 继续探索源码发现结构体中有提供相应的方法去获取 属性列表、方法列表等，如下所示
通过class_rw_t提供的方法，继续探索bits中的属性列表
(lldb) p $2.properties()
(const property_array_t) $3 = {
list_array_tt<property_t, property_list_t, RawPtr> = {
= {
list = {
ptr = 0x0000000100008238
}
arrayAndFlag = 4295000632
}
}
}
Fix-it applied, fixed expression was:
$2->properties()
(lldb) p $3.list
(const RawPtr<property_list_t>) $4 = {
ptr = 0x0000000100008238
}
(lldb) p $4.ptr
(property_list_t *const) $5 = 0x0000000100008238
(lldb) p *$5
(property_list_t) $6 = {
entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0, PointerModifierNop> = (entsizeAndFlags = 16, count = 3)
}
(lldb) p $6.get(0)
(property_t) $7 = (name = "fafd", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_fafd")
(lldb) p $6.get(1)
(property_t) $8 = (name = "name", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_name")
(lldb) p $6.get(2)
(property_t) $9 = (name = "sex", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_sex")
(lldb) p $6.get(3)
Assertion failed: (i < count), function get, file /Users/caomengfei/Downloads/objc4-debugTest-master/objc4-818.2/runtime/objc-runtime-new.h, line 624.
error: Execution was interrupted, reason: signal SIGABRT.
The process has been returned to the state before expression evaluation.
(lldb)
-+
OK 现在我们的三个属性已经都找到了 继续尝试下 方法列表 分为类方法和实例方法,与属性一样,这次试用
methods 获取
现在我们打印出共 8个方法 3个属性的set get方法 我们添加的一个setPersonName实例方法
问题 成员方法 与类方法存储在何处
观察源码发现class_rw_t 中 class_ro_t这个属性，通过查看其定义，发现其中有一个ivars属性，我们可以做如下猜测：是否成员变量就存储在这个ivar_list_t类型的ivars属性中呢？
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_or_rw_ext)->ro;
}
return v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext);
}
struct class_ro_t {
uint32_t flags; //4
uint32_t instanceStart;//4
uint32_t instanceSize;//4
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved; //4
#endif
const uint8_t * ivarLayout; //8
const char * name; //1 ? 8
method_list_t * baseMethodList; // 8
protocol_list_t * baseProtocols; // 8
const ivar_list_t * ivars;
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
//方法省略
}
上图可知ivars属性，其中的count为4 ,除了age 还有_name ,_sex等成员变量
通过
{}定义的成员变量，会存储在类的bits属性中，通过bits --> data() -->ro() --> ivars获取成员变量列表，除了包括成员变量，还包括属性定义的成员变量通过
@property定义的属性，也会存储在bits属性中，通过bits --> data() --> properties() --> lis获取属性列表，其中只包含属性
类方法列表(类方法存储在元类中,从元类中获取)有兴趣的小伙伴可以验证下
