OC底層原理 學習大綱

我們已經從底層熟悉了對象、類、isa。但碎片化的知識讓我有點頭暈。 學著學著發現，我不知道如何用語言來完整的描述他們了。

為了避免造成邯鄲學步的慘劇。

現在，我將以上帝視角來梳理一下他們之間的關系。

在了解之前，如果你還不了解isa結構和類的原理。請先去了解一下。
?? isa結構
?? 類的原理

如果你準備好了，我們就開始吧~

前期準備

在main.m文件中加入測試代碼

• HTTeacher繼承自HTPerson，HTPerson繼承自NSObject
• teacher是HTTeacher實例化對象

@interface HTPerson : NSObject
@end

@implementation HTPerson
@end

@interface HTTeacher: HTPerson
@end

@implementation HTTeacher
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    @autoreleasepool {
        
        HTTeacher * teacher = [[HTTeacher alloc]init];

        NSLog(@"%p", teacher);
    }
    return 0;
}

在NSLog位置加入斷點。

objc4 源碼

objc4 源碼下載-> objc4-781.tar.gz

objc_object

在obj4源碼中搜索struct objc_object:

image.png

這是對象在底層的實現模板。首元素是isa(這里涉及到struct結構的內存優化，我們這里記住結論。isa在objc_object的首位元素即可)

相關知識: 內存優化

objc_class

在obj4源碼中搜索struct objc_class:

image.png

從上圖知道，在類的內存中，首地址表示isa，superclass在isa后面，需要內存地址偏移8位獲取。

梳理邏輯

image.png

探索路徑：

1. 從對象開始探索

從teacher對象

• 打印地址：p/x teacher
• 獲取isa指針： x/g $0
• 從isa指針中取出類地址: p/x 0x001d8001000021c9 >> 3 << 20 >> 17
• 打印類： po 0x00000001000021c8

image.png

成功找到繼承類HTTeacher

2 尋找父類源頭：

查看上面準備的objc_class結構，父類首地址是isa指針，占用了8字節。

• 所以我們從類地址偏移8位就可以找到superclass類。

• 找到superclass地址： p/x 0x00000001000021c8 + 8
• 獲取父類的isa指針： x/g 0x00000001000021d0
• 從isa指針中取出類地址: p/x 0x0000000100002178 >> 3 << 20 >> 17
• 打印父類： po 0x0000000100002178

image.png

成功找到HTTeacher的父類HTPerson

為了一探究竟。我們一口氣追根溯源，往上層層找尋父類

• 尋找superclass地址：p/x 0x0000000100002178 + 8
• 獲取父類的isa指針： x/g 0x0000000100002180
• 從isa指針中取出類地址: p/x 0x0000000100333140 >> 3 << 20 >> 17
• 打印父類：po 0x0000000100333140

image.png

成功找到HTPerson的父類NSObject

再接再厲，往上溯源

• 尋找superclass地址： p/x 0x0000000100333140 + 8
• 獲取父類的isa指針： x/g 0x0000000100333148
• 從isa指針中取出類地址: p/x 0x0000000000000000 >> 3 << 20 >> 17
• 打印父類：po 0x0000000000000000

image.png

NSObjet 的父類是nil（0x0000000000000000）。 到達盡頭！

所以我們說OC中，想要確定類的繼承關系，找到NSObject就可以停止了。因為已經到盡頭了!

附上完整截圖：

類的繼承

3. 尋找isa的源頭：

isa相比于類而言，不需要進行偏移。但是需要準確找到類中isa的地址

查看上面準備的objc_class結構，父類首地址是isa指針。

• 我們應該用x/g打印獲取isa的準確內存位置
• 從isa中獲取類的地址，我們需要準確截取shiftcls部分。
  （我一般使用 內存地址>>3 << 20 >> 17， 你們也可以&與上ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL）

• 獲取類的isa指針 x/g 0x00000001000021c8
• 從Isa指針中取出類地址： p/x 0x00000001000021a0 >> 3 << 20 >> 17
• 打印類名: po 0x00000001000021a0

image.png

成功找到HTTeacher元類

• HTTeacher類地址是：0x00000001000021c8
• HTTeacher元類地址是：0x00000001000021a0

我們接著往下。打印過程都一樣。這里直接上完整打印圖：

isa指向圖

我們發現2個情況：

1. HTTeacher的isa首先指向HTTeacher的元類，之后直接指向了NSObject元類。與HTTeacher的父類HTPerson完全無關
2. NSObject元類的isa指針指向的是NSObject元類。

1. 如何確定是NSObject元類，而不是NSObjet自身類？

image.png

我們打印NSObject自身類和NSObject元類地址

• 與上面地址0x00000001003330f0進行對比。 可以肯定上面打印的是NSObject元類地址

2. NSObject元類也是類，那它有父類(superclass)嗎？

image.png

• 通過指針偏移8位，到達superclass地址。
• 打印發現NSObject元類有父類，它的父類指向了NSObject本類。

3. NSObject元類有父類， 那其他元類(比如HTTeacher元類)有父類嗎？

image.png

曾經的我以為打印不出來，那就是其他元類都沒有父類咯？

聰明的你看出錯誤了嗎??

image.png

總結：

• 1. 對象內的isa指針指向自己的類.
• 2. 類有完整的繼承關系(每個類都通過superclass記錄自己的父類，層層溯源)
• 3. 根類是NSObject
NSObject的父類為nil，所以NSObject無父類
     所有類的最終父類都是NSObject
• 4. isa的指向與類的繼承無關
• 5. 任何類isa都是先指向自己元類，再指向NSObject元類。
     (除了NSObject類， 因為他自己元類就是NSObject元類)
• 6. 根元類是NSObject元類。
     NSObject元類的isa指向永遠都是自己
• 7. 元類也有父類，根元類(NSObject元類)的父類(superclass)是NSObject類

奉上經典的isa指向和類的繼承關系圖

isa和類繼承流程圖.png

再奉上我的備注圖：

isa和類繼承流程圖.png

歡迎一起交流學習。