類的結(jié)構(gòu)
老規(guī)矩，還是從源碼搞起。我們先在main.m中定義一個類ZPerson，繼承自NSObject。
@interface ZPerson : NSObject{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;
@end
@implementation ZPerson
- (void)sayHello{
NSLog(@"ZPerson say : Hello!!!");
}
+ (void)sayHappy{
NSLog(@"ZPerson say : Happy!!!");
}
@end
然后通過通過命令行進(jìn)行編譯。
clang -rewrite-objc main.m
typedef struct objc_class *Class;
編譯后得到一個main.cpp文件。之后我們可以在文件中查找關(guān)于類Class的定義，即Class是一個objc_class類型的結(jié)構(gòu)體。在objc的源碼中，繼續(xù)查找關(guān)于objc_class結(jié)構(gòu)體的一些信息。
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; 繼承自objc_object //8
Class superclass; //8
cache_t cache; //16 // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
//bits 從bits中讀取數(shù)據(jù)
class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
bits.setData(newData);
}
...
}
根據(jù)源碼我們可以知道，objc_class集成了objc_object。哈哈，原來類也是一個對象啊，類對象。萬物皆對象！objc_class中包含了isa（從objc_object集成而來）、superclass（它的父類）、cache_t（緩存, 以后再分析）、bits(存儲的數(shù)據(jù)，屬性、方法、協(xié)議等)等一系列信息。
補(bǔ)充：NSObject是一個類，而類的底層是objc_class，所以我們可以認(rèn)為NSObject就是對底層的objc_class的上層封裝。
類中的數(shù)據(jù)存儲
從上面類的結(jié)構(gòu)中，我們知道類的數(shù)據(jù)存貯才bits中，可以通過data()方法得到。data()返回一個class_rw_t結(jié)構(gòu)，我們可以從中拿到我們想要的喲。rw代表可讀可寫，類中的屬性、方法還有遵循的協(xié)議等信息都保存在 class_rw_t 中。下面看一下class_rw_t的源碼結(jié)構(gòu):
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;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
...
}
再看一下class_ro_t的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
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;//類名
method_list_t * baseMethodList;//原始方法列表
protocol_list_t * baseProtocols;//原始協(xié)議列表
const ivar_list_t * ivars;//成員變量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;//屬性列表
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
};
ro是一個class_ro_t 結(jié)構(gòu)體類型的指針，占8個bytes大小。class_ro_t與class_rw_t名字類似，rw是可讀可寫，那ro就是只讀（readonly）了吧，哈哈。class_ro_t與class_rw_t結(jié)構(gòu)也有些類似，class_ro_t中存儲了當(dāng)前類在編譯期就已經(jīng)確定的屬性、方法以及遵循的協(xié)議，不包括分類和后來動態(tài)添加的東西。baseProperties存貯了屬性，屬性在編譯時會將一個“_”+屬性名成員變量添加到ivars中。ivar中存貯了聲明的所有成員變量。屬性在編譯時還會自動生成set、get方法存儲在baseMethodList方法列表中，成員變量不會生成set、get方法。baseMethodList存儲了類中的所有原始方法。
下面我們就會匯編探究一下是不是這樣。
創(chuàng)建一個person對象
然后在控制臺做如下打印：
打印出person.class的類
(lldb) x/6gx person.class
0x1000024e0: 0x001d8001000024b9 0x0000000100b37140
0x1000024f0: 0x0000000101e633f0 0x0000000200000003
0x100002500: 0x0000000101e62d24 0x0000000100b370f0
0x1000024e0 為類在內(nèi)存中起始指針，指向isa
(lldb) po 0x1000024e0
ZPerson
根據(jù)上面類的結(jié)構(gòu)和內(nèi)存偏移，再偏移8位，就是superclass
(lldb) po 0x1000024e8
<NSObject: 0x1000024e8>
同理0x1000024e0指針偏移32位， 就是bits， 強(qiáng)轉(zhuǎn)為class_data_bits_t類型
(lldb) p (class_data_bits_t *)0x100002500
(class_data_bits_t *) $3 = 0x0000000100002500
調(diào)用data()方法，獲取bits里面的數(shù)據(jù)，返回一個class_rw_t結(jié)構(gòu)體
(lldb) p $3->data()
(class_rw_t *) $4 = 0x0000000101872d30
打印出$4指針?biāo)赶虻闹?看一下class_rw_t結(jié)構(gòu)
(lldb) p *$4
(class_rw_t) $5 = {
flags = 2148139008
version = 0
ro = 0x00000001000022e8
methods = {
list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
= {
list = 0x0000000100002220
arrayAndFlag = 4294976032
}
}
}
properties = {
list_array_tt<property_t, property_list_t> = {
= {
list = 0x00000001000022d0
arrayAndFlag = 4294976208
}
}
}
protocols = {
list_array_tt<unsigned long, protocol_list_t> = {
= {
list = 0x0000000000000000
arrayAndFlag = 0
}
}
}
firstSubclass = nil
nextSiblingClass = NSUUID
demangledName = 0x0000000100001f75 "ZPerson"
}
打印一下ro
(lldb) p $5.ro
(const class_ro_t *) $6 = 0x00000001000022e8
(lldb) p *$6
(const class_ro_t) $7 = {
flags = 388
instanceStart = 8
instanceSize = 24
reserved = 0
ivarLayout = 0x0000000100001f7d "\x02"
name = 0x0000000100001f75 "ZPerson"
baseMethodList = 0x0000000100002220
baseProtocols = 0x0000000000000000
ivars = 0x0000000100002288
weakIvarLayout = 0x0000000000000000
baseProperties = 0x00000001000022d0
}
打印ro中的baseProperties屬性列表, 我們找到了我們聲明的屬性nickName
(lldb) p *$7.baseProperties
(property_list_t) $8 = {
entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0> = {
entsizeAndFlags = 16
count = 1
first = (name = "nickName", attributes = "T@\"NSString\",C,N,V_nickName")
}
}
在打印一下ivars成員變量列表
(lldb) p *$7.ivars
(const ivar_list_t) $9 = {
entsize_list_tt<ivar_t, ivar_list_t, 0> = {
entsizeAndFlags = 32
count = 2 //總有2個成員變量
first = {
offset = 0x0000000100002498
name = 0x0000000100001e62 "hobby"
type = 0x0000000100001fa2 "@\"NSString\""
alignment_raw = 3
size = 8
}
}
}
在打印一下第二個成員變量
(lldb) p $9.get(1)
(ivar_t) $10 = {
offset = 0x00000001000024a0
name = 0x0000000100001e68 "_nickName"
type = 0x0000000100001fa2 "@\"NSString\""
alignment_raw = 3
size = 8
}
找到了nickName， 這是自動生成的，驗證了上面所說的屬性在編譯時會將一個“”+屬性名成員變量添加到ivars中
再找一下方法
(lldb) p *$7.baseMethodList
(method_list_t) $11 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 4
first = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a80 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:109)
}
}
}
(lldb) p $11.get(0)
(method_t) $13 = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a80 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:109)
}
(lldb) p $11.get(1)
(method_t) $12 = {
name = ".cxx_destruct"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001b50 (LGTest`-[ZPerson .cxx_destruct] at main.m:108)
}
(lldb) p $11.get(2)
(method_t) $14 = {
name = "setNickName:"
types = 0x0000000100001f97 "v24@0:8@16"
imp = 0x0000000100001b10 (LGTest`-[ZPerson setNickName:] at main.m:101)
}
(lldb) p $11.get(3)
(method_t) $15 = {
name = "nickName"
types = 0x0000000100001f8f "@16@0:8"
imp = 0x0000000100001ae0 (LGTest`-[ZPerson nickName] at main.m:101)
}
總共四個方法我們創(chuàng)建的sayHello()、系統(tǒng)自動為屬性nickName自動添加的get/set方法和一個系統(tǒng)默認(rèn)添加的方法。并沒有找到我們創(chuàng)建的sayHappy()，說明類方法并沒有存在類里。那么類方法存在哪里呢？類方法存在元類里！那么我們怎么去驗證呢？
根據(jù)isa的走位圖我們知道，類的isa指向元類，所以我們要先拿到當(dāng)前類isa，再按照上面的流程，去元類中查看class_ro_t結(jié)構(gòu)，就能找到了。
先拿到類的isa的指向地址，也就是元類
(lldb) p/x 0x001d8001000024b9 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $3 = 0x00000001000024b8
打印元類內(nèi)存地址信息
(lldb) x/6gx 0x00000001000024b8
0x1000024b8: 0x001d800100b370f1 0x0000000100b370f0
0x1000024c8: 0x0000000102d1a9a0 0x0000000100000003
0x1000024d8: 0x0000000102d1a900 0x001d8001000024b9
參考上面拿到類的class_ro_t信息流程，我們可以拿到了元類的class_ro_t，打印一下baseMethodList，我們看到sayHappy方法。驗證了類方法存貯在元類中。還有誰！
(lldb) p *$11
(method_list_t) $12 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "sayHappy"
types = 0x0000000100001f87 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001ab0 (LGTest`+[ZPerson sayHappy] at main.m:113)
}
}
}
我們再看一下除了ro以外的其他信息：
method_list_t methods：方法列表(如果是類對象存儲的是對象方法，元類對象存儲的是類方法)。methods是一個二維數(shù)組，外層是method_list_t,每個method_list_t又包含了多個method_t。這個是可寫的，因為后期可能會有多個分類需要合并到類的方法列表中,還有可能動態(tài)添加方法。關(guān)于動態(tài)方法我們放在后面再探究，目前先簡單看一下method_array_t和method_t的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
class method_array_t :
public list_array_tt<method_t, method_list_t>
{
typedef list_array_tt<method_t, method_list_t> Super;
public:
method_list_t **beginCategoryMethodLists() {
return beginLists();
}
method_list_t **endCategoryMethodLists(Class cls);
method_array_t duplicate() {
return Super::duplicate<method_array_t>();
}
};
struct method_t {
//方法\函數(shù)名，一般叫做選擇器
SEL name;
//包含了函數(shù)返回值，參數(shù)編碼的字符串。通過字符串拼接的方式將返回值和參數(shù)拼接成一個字符串，來代表函數(shù)返回值及參數(shù)。
const char *types;
//代表函數(shù)的具體實現(xiàn)，存儲的內(nèi)容是函數(shù)地址。也就是說當(dāng)找到imp的時候就可以找到函數(shù)實現(xiàn)，進(jìn)而對函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。
MethodListIMP imp;
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; }
};
};
我們發(fā)現(xiàn)method_array_t中有一個beginCategoryMethodLists()方法。我們猜想，能否通過它來讀取存儲在method_array_t中的方法呢？
先打印一下methods
(lldb) p $8.methods
(method_array_t) $20 = {
list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
= {
list = 0x00000001000021f8
arrayAndFlag = 4294975992
}
}
}
//再打印一下beginCategoryMethodLists()方法的返回，返回一個指向method_list_t的二級指針
(lldb) p $20.beginCategoryMethodLists()
(method_list_t **) $21 = 0x0000000101b53bb0
//取一下二級指針的值，變成指向method_list_t的指針
(lldb) p *$21
(method_list_t *) $22 = 0x00000001000021f8
//取一下method_list_t指針指向的內(nèi)存空間，找到了跟ro中存儲的一樣的方法，method_array_t取值成功。
(lldb) p *$22
(method_list_t) $23 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 5
first = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f82 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a30 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:124)
}
}
}
(lldb) p $23.get(0)
(method_t) $24 = {
name = "sayHello"
types = 0x0000000100001f82 "v16@0:8"
imp = 0x0000000100001a30 (LGTest`-[ZPerson sayHello] at main.m:124)
}
property_array_t、protocol_array_t與method_list_t類似，就不重復(fù)列舉了。
