iOS底层探索六(类的分析上)

前言

类的结构

要查看类的结构，首先我们先声明类

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface XZPerson : NSObject
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

我们在main函数中添加


int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {

        XZPerson *p1 = [XZPerson alloc];
        Class pClass = object_getClass(p1);
     
        NSLog(@"%@ --- %@",p1,pClass);
        
    }
    return 0;
}

进入Class类进行查看：

typedef struct objc_class *Class;

发现类Class对象在底层只是转换为objc_class结构体，继续深入查看objc_class:

struct objc_class : objc_object {
//    Class ISA;    //8字节
    Class superclass;  //父类  8字节
    cache_t cache; //缓存   结构体所占大小需要看内部定义16字节16字节
    // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags

    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }
    void setData(class_rw_t *newData) {
        bits.setData(newData);
    }
...
}

可以看到继承objc_object类：继续查看objc_object

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

这里我们发现了里面必定会有isa这个属性，这也就是为什么我们在objc_class 类中第一个属性为什么是isa，而且还被注释掉了，因为isa是从父类继承的，它一定会有这个属性，后面苹果开发人员还亲切的注释了Use `Class` instead of `struct objc_class ，让我们使用Class ，而不要使用 objc_class;

这就是我们声明的类再底层的大致结构，我们看到了这么多东西，但是没有看到我们在意的，我们最在意的是，我们开发人员申明的成员变量，属性，代理，方法都存在了哪里，我们慢慢进行分析

我们继续查看结构体objc_class:中的属性进行分析，isa存储的是isa,superclass存储的是父类，cache存储的是父类，还有一个就是bits了，那就我们要存的东西只能是在bits里面了，刚好下面有个方法就是获取bits中的data，进入查看一下

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

进入class_rw_t中进行查看：

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;  //方法
    property_array_t properties; // 属性
    protocol_array_t protocols; // 代理

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;

#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    uint32_t index;
#endif

。。。
}

我们就看到了 methods，properties，protocols等属性，不出意外的话，应该就是这几个东西了，找到了这几个东西，那我们怎么使用代码拿出，或者怎么样在内存中看到这些确实的存储呢，继续分析。

类中属性与成员变量存储位置探索

首先我们需要在XZPerson类中定义好属性，成员变量，方法等

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface XZPerson : NSObject
{
    NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;

- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;


@end

NS_ASSUME_NONNULL_END


#import "XZPerson.h"

@implementation XZPerson


- (void)sayHello{
    NSLog(@"XZPerson say : Hello!!!");
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"XZPerson say : Happy!!!");
}

@end

这里我们需要先进行分析，在内存中我们应该怎样取到bits,这里我们就要对内存进行分析了，这里给大家找了个字节图片

首先拿出objc_class结构体

其中4个属性第一个Class isa 属性，指针(pointer)类型8字节， Class superclass 指针类型8字节，cache_t cache这个是结构体，需要进入内部看

struct cache_t {
    struct bucket_t *_buckets; // 结构体指针8字节
    mask_t _mask;  //typedef uint32_t mask_t;  4字节
    mask_t _occupied; // 4字节

public:
//    向下为函数，函数不占内存
    struct bucket_t *buckets();
    mask_t mask();
。。。
}
typedef uint32_t mask_t;  // x86_64 & arm64 asm are less efficient with 16-bits

（这里需要注意的是struct bucket_t *_buckets; 这个是结构体指针，属于指针类型所以占8字节，mask_t _mask; 内部为int 在64位中占4字节，mask_t _occupied也是站4字节）

综合的出cache_t cache这个结构体就是站16字节，class_data_bits_t bits结构体类型进入查看

struct class_data_bits_t {

    // Values are the FAST_ flags above.
    uintptr_t bits; //8字节
private:
    bool getBit(uintptr_t bit)
    {
        return bits & bit;
    }
...
}

typedef unsigned long           uintptr_t;

可以看出里面只有一个属性，所以占8字节

综上所述这个时候我们查看类内存就不能值查看4段了，

我们需要使用x/6gx pClass 打印出6段地址，

根据上图操作我们获取到了bits同时操作得到其中的class_rw_t;我们主要是找到属性，和方法存在哪里，现在我们已经可以查看到class_rw_t,继续查看属性properties：

首先这里建议我们使用 $3->properties进行访问，使用 $3.properties进行修复了;其次我们看到了 properties属性返回的是 property_array_t这种类型我们来查看一下这个类型


class property_array_t : 
    public list_array_tt<property_t, property_list_t> 
{
    typedef list_array_tt<property_t, property_list_t> Super;

 public:
    property_array_t duplicate() {
        return Super::duplicate<property_array_t>();
    }
};

它继承于list_array_tt，这里我们可以看到它是一个二维数组，继续查看

class list_array_tt {
    struct array_t {
        uint32_t count;
        List* lists[0];//存储数据使用

        static size_t byteSize(uint32_t count) {
            return sizeof(array_t) + count*sizeof(lists[0]);
        }
        size_t byteSize() {
            return byteSize(count);
        }
    };

 protected:
    class iterator {
        List **lists;
        List **listsEnd;
        typename List::iterator m, mEnd;

。。。
//数组方式遍历取值
 const iterator& operator ++ () {
            assert(m != mEnd);
            m++;
            if (m == mEnd) {
                assert(lists != listsEnd);
                lists++;
                if (lists != listsEnd) {
                    m = (*lists)->begin();
                    mEnd = (*lists)->end();
                }
            }
            return *this;
        }

}

我们可以看到，其中只有一个list，显然数据是在这里进行存储的，还有一些方法，有兴趣的可以进入进行自行查看，这里拿出一个方法为遍历取值方法；

我们接着上面的思路先取出list 查看

这个里面我们可以看到nickName 但是没有看到hobby，但是这里rw中其他属性应该也不会有存hobby的地方，我们查看上面的ro

这里只是一个地址段，我们进行查看ro这个地址中存储的东西到底都有什么东西，我们看下源码：

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; //方法列表
    protocol_list_t * baseProtocols; //代理列表
    const ivar_list_t * ivars;////成员变量

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties; //属性列表

    // This field exists only when RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER is set.
    _objc_swiftMetadataInitializer __ptrauth_objc_method_list_imp _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
...
}

看到这个结构体我们又重燃希望baseProperties；属性可能在这里面，我们继续查看

这里又提示我们使用 $4.ro 有点尴尬，其实这里我们需要做很多尝试的，也很容易报错，例如：p 对象，不能输出，可以尝试po ，使用箭头调用属性或函数不行就使用点语法调用，都可以尝试，多试试就好了，小编也经常报错！

我们继续输出$8查看

继续查看 baseProperties;

我们发现这里还是count是1 ，内部只保存了 nickName属性，我们的hobby字段还是没有找到，这里还有一个 ivars,我们来进行

查看

我去，终于找到了hobby属性存储地方了，我们可以看到count =2,说明这个里面还有一个值，继续查看

这样我们就清楚了，属性也会生成一个带下划线的成员变量；

我们可以得出属性与成员变量存储区别：

成员变量存储地方ro -> ivar_list_t

属性存储地方 ro ->baseProperties ；属性会生成一个带下划线的成员变量存储到ro->ivar_list_t;

属性还会存储在class_rw_t->properties

类中实例方法存储位置探索

根据上面属性的分析我们可以看到ro中有baseMethodList，我们进行查看

我们可以看到sayHello这个实力方法，这里的count=3,说明有3个方法继续查看

我们可以看到，剩余的2个方法为，属性生成的get 和 set方法

这里我们可以看到方法中存储的method_t,我们进行查看一下这个在底层是什么结构

struct method_t {
    SEL name;  //方法名
    const char *types; //方法签名
    MethodListIMP imp; //方法的函数实现

    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; }
    };
};

name :方法名

types：为方法签名：@16@0:8

这个@16@0:8为方法签名

@ 返回值类型: id 16为偏移位置

@ 参数一类型 : id self

: 参数二类型 : sel select

其实iOS中每个方法都会带2个隐式参数为(id self, SEL _cmd)

其中imp：为函数的真正实现，我们开发职工经常会使用的rutime交换方法，实际就是交换2个方法的imp实现，

select与imp之间的关系，就可以认为是一本书的目录，和章节的实际内容，我们可以根据目录找到具体章节的内容，所以我们可以根据select找到imp的具体实现，如果我们将两个方法的imp进行交换相当于就相当于菜谱的：第一页我们本身是红烧肉做法，直接换成了小葱拌豆腐做法，你用Select找到第一页，就找到小葱拌豆腐，不会找到红烧肉做法了。

回到刚才那个话题，我们在baseMethodList找到了nickname的set方法，get方法，包括sayhello方法，我们有想到了rw中有个methods进行查看