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通過對面試題的分析探索問題的本質內容

iOS底層原理總結 - OC對象的分類↑
iOS底層原理總結 - OC對象的本質↑

Class的本質

我們知道不管是類對象還是元類對象，類型都是Class，class和mete-class的底層都是objc_class結構體的指針，內存中就是結構體，本章來探尋Class的本質

Class objectClass = [NSObject class];        
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);

點擊Class來到內部，我們可以發現

typedef struct objc_class *Class;

Class對象其實是一個指向objc_class結構體的指針。因此我們可以說類對象或元類對象在內存中其實就是objc_class結構體。

我們來到objc_class內部，可以看到這段在底層原理中經常出現的代碼。

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 *` */

這部分代碼相信在文章中很常見，但是OBJC2_UNAVAILABLE 說明這些代碼已經不在使用了。那么目前objc_class的結構是什么樣的呢？我們通過objc源代碼中去查找objc_class結構體的內容。

部分objc_class代碼如下：

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() { 
        return bits.data();
    }
    void setData(class_rw_t *newData) {
        bits.setData(newData);
    }
    //后面代碼省略
    ....
};

我們發現這個結構體繼承 objc_object 并且結構體內有一些函數，因為這是c++結構體，在c上做了擴展，因此結構體中可以包含函數。我們來到objc_object內，截取部分代碼

objc_object內部分代碼

我們發現objc_object中有一個isa指針，那么objc_class繼承objc_object，也就同樣擁有一個isa指針

那么我們之前了解到的，類中存儲的類的成員變量信息，實例方法，屬性名等這些信息在哪里呢。我們來到class_rw_t中，截取部分代碼，我們發現class_rw_t中存儲著方法列表，屬性列表，協議列表等內容。

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags; // 標記
    uint32_t version; // 版本信息

    const class_ro_t *ro;

    method_array_t methods; // 方法列表
    property_array_t properties; // 屬性列表
    protocol_array_t protocols; // 協議列表

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;

#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    uint32_t index;
#endif
    // 后面代碼省略
    ...
}

而class_rw_t是通過bits調用data方法得來的，我們來到data方法內部實現。我們可以看到，data函數內部僅僅對bits進行&FAST_DATA_MASK操作

    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() { 
        return bits.data();
    }
    // 后面源碼省略
    ...
}

點擊 return bits.data()來到

public:

    class_rw_t* data() {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }

而成員變量信息則是存儲在class_ro_t內部中的，我們來到class_ro_t源碼

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize; // 實例大小
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    const uint8_t * ivarLayout;
    
    const char * name;// 類名
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars; // 成員變量列表

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;

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

    _objc_swiftMetadataInitializer swiftMetadataInitializer() const {
        if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
            return _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
        } else {
            return nil;
        }
    }

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }

    class_ro_t *duplicate() const {
        if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
            size_t size = sizeof(*this) + sizeof(_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0]);
            class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
            ro->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0] = this->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
            return ro;
        } else {
            size_t size = sizeof(*this);
            class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
            return ro;
        }
    }
};