【iOS】类结构分析

前言

之前我们已经探索得出对象的本质就是一个带有isa指针的结构体，这篇文章来分析一下类的结构以及类的底层原理。

类的本质

类的本质

我们在main函数中写入以上代码，然后利用clang对其进行反编译，可以得到c++文件

可以看到底层使用Class接收，接下来找到Class的定义

发现Class在底层定义为一个名为objc_class的结构体

查找objc_class，发现它继承自objc_object

可以得出：类的本质是objc_class类型的结构体，objc_class继承自objc_object，因此可以一句话概括——万物皆对象

objc_class&objc_object、objc&NSObject的关系

objc_object和NSObject

为什么说继承自objc_object就满足万物皆对象？

我们看到NSObject的定义

对比objc_object的定义：

仔细比较可以看出：

• 其实NSObject是objc_object的仿写，和objc_object的定义是一样的，在底层会编译成objc_object

• 同理NSObject类是OC版本的objc_class

  而之前我们学习过的NSObject_IMPL则是NSObject编译到objc_object的中间产物，并且实例伪继承自NSObject_IMPL，正如继承objc_object的皆为对象。

  

  objc_class&objc_object

  从上文我们已经得知：objc_class继承自objc_object，我们寻找objc_object的定义

  

  

  可以找到两个定义：第一个位于objc.h，没有被废除，从编译的main-arm64.cpp中可以看到，使用的这个版本的objc_object。第二个位于objc-privat.h

  总结objc_class与objc_object的关系如下：

  • 结构体类型objc_class继承自objc_object类型，其中objc_object也是一个结构体，且有一个isa属性，所以objc_class也拥有了isa属性

  • mian-arm64.cpp底层编译文件中，NSObject中的isa在底层是由Class 定义的，其中class的底层编码来自 objc_class类型，所以NSObject也拥有了isa属性

  • NSObject是一个类，用它初始化一个实例对象objc，objc 满足objc_object的特性（即有isa属性），主要是因为isa 是由 NSObject 从objc_class继承过来的，而objc_class继承自objc_object，objc_object 有isa属性。所以对象都有一个isa，isa表示指向，来自于当前的objc_object

  • objc_object（结构体）是当前的根对象，所有的对象都有这样一个特性objc_object，即拥有isa属性

    objc_object 与 对象的关系

    • 所有的对象都是以 objc_object 为模板继承过来的

    • 所有的对象是来自 NSObject（OC），但是真正到底层的是一个objc_object（C/C++）的结构体类型

    • objc_object 与 对象的关系 是 继承关系

      总结

      所有的对象 + 类 + 元类 都有isa属性

      所有的对象都是由objc_object继承来的

      简单概括就是万物皆对象，万物皆来源于objc_object，有以下两点结论：

      • 所有以 objc_object为模板创建的对象，都有isa属性

      • 所有以 objc_class为模板创建的类，都有isa属性

        在结构层面可以通俗的理解为上层OC与底层的对接：

        • 下层是通过结构体定义的模板，例如objc_class、objc_object

        • 上层是通过底层的模板创建的一些类型，例如TCJPerson

          objc_class、objc_object、isa、object、NSObject等的整体的关系，如下图：

          

          类的结构

          

          从objc_class的定义可以得出，类有4个属性：

          • Class ISA：类对象与实例对象一样，同样有isa指针，类对象的isa指针关联着元类，Class本身就是一个指针，占用8字节（这个属性是继承自objc_object的）

          • Class superclass：即类的父类，Class类型，占用8个字节

          • cache_t cache

            

            cache_t是一个结构体，内存长度由所有元素决定：_bucketsAndMaybeMask是long类型,它是一个指针，占用8字节； mask_t是个uint32_t类型，_mask占用4字节；因_occupied和_flags都是uint16_t类型，uint16_t是 unsigned short 的别名，所以_occupied占用2字节；flags占用2字节=>cache_t占用16字节。这个属性其实是用来保存方法缓存的，后续博客中会详细介绍。

            • class_data_bits_t bits

              class_data_bits_t bits

              

              class_data_bits_t bits这个属性用来存数据，类的属性和方法就保存在这里。可以看到objc_class中有一个class_rw_t *data()方法。

              class_rw_t是在运行时生成的，它在realizeClass中生成，它包含了class_ro_t.它在_objc_init方法中关于dyld的回调的map_images中最终将分类的方法与协议都插入到自己的方法列表、协议列表中.它不包含成员变量列表，因为成员变量列表是在编译期就确定好的，它只保存在class_ro_t中.不过，class_rw_t中包含了一个指向class_ro_t的指针

              类的属性方法

              类的属性

              通过LLDB调试我们可以发现，bits当中存储的信息类型是class_rw_t，是一个结构体类型，在这个结构体中有提供相应的方法去获取属性列表、方法列表等。

              

              通过LLDB进一步调试可以发现，这个属性列表中只有属性，没有成员变量。属性与成员变量的区别就是有没有set、get方法，如果有，则是属性，如果没有，则是成员变量。

              除此之外，class_rw_t中有个属性class_ro_t，class_ro_t是在编译期生成的，它存储了当前类在编译期就已经确定的属性、方法以及协议，它里面没有分类中定义的方法和协议。而成员变量就存放在ro的ivars里面

              

              总结如下：

              • 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() --> list获取属性列表，其中只包含属性

                类的方法

                类的实例方法存储在类的bits属性中，通过bits --> methods() --> list获取实例方法列表，参观游客实例方法，方法列表中还包含属性的set方法和get方法，以及系统在底层添加的C++的.cxx_destruct方法。

                类的类方法存储在元类的bits属性中，通过元类bits --> methods() --> list获取类方法列表。

                结论

                • 成员变量存放在ivar

                • 属性存放在property，同时也会存一份在ivar，并生成setter、getter方法

                • 对象方法存放在类里面

                • 类方法存放在元类里面

                  补充

                  类存在几份

                  由于类的信息在内存中永远只存在一份，所以 类对象只有一份。

                  isKindOfClass和isMerberOfClass的理解

                  对于isMerberOfClass，方法会对比元类或类本身与某个类（元类还是类取决于类方法还是实例方法，总之就是取isa指针指向的东西）

                  而对于isKindOfClass，走以下逻辑：

                  

                  最后给出一张isa的走位图，实现为superclass指向，虚线为isa指向