isa 走位图
在讲 OC->Class
底层类结构之前,先看下下面这张图:
经过isa走位图 得出的结论是:
1,类,父类,元类都包括了 isa
, superclass
2,目标isa指向类目标,类目标的isa指向了元类,元类的 isa
指向了根元类,根元类 isa
指向自己
3,类的 superclass
指向父类,父类的 superclass
指向的根类,根类的superclass
指向的nil
4,元类的 superclass
指向父元类,父元类 superclass
指向的根元类,根元类 superclass
指向根类,根类 superclass
指向nil
这下又复习了 isa
,superclass
走位;那么问题这些类,类目标,元类目标当中的在底层展现的数据结构是怎样呢,这是我需求探究的,于是把源码贴出来展开分析下:
struct objc_class
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 *data() const {
return bits.data();
}
const class_ro_t *safe_ro() const {
return bits.safe_ro();
}
}
从源码没见 isa
特点,其实它承继了objc_object
,而 objc_object
中有个isa
,在运行时类图生成中会发生一个isa
指向objc_object
这个类图,而 superclass
指向它的父类;依据上面 isa
, superclass
走位图就知道它的指向联系。
cache_t & class_data_bits_t
cache
办法缓存,这个效果将常调用的办法缓存下来;便于下次直接查找调用,进步查找功率。
它的结构:
struct cache_t {
struct bucket_t *buckets() const;//存储办法的散列表
mask_t mask() const;//散列表缓存长度
mask_t occupied() const;//已缓存办法个数
}
struct class_data_bits_t {
class_rw_t* data() const;//类信息
}
bits
存储详细类信息,它需求&FAST_DATA_MASK来核算得到类心一切信息,源码如下:
FAST_DATA_MASK 掩码值
bool has_rw_pointer() const {
#if FAST_IS_RW_POINTER
return (bool)(bits & FAST_IS_RW_POINTER);
#else
class_rw_t *maybe_rw = (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
return maybe_rw && (bool)(maybe_rw->flags & RW_REALIZED);
#endif
}
经过源码的确需求这种办法核算能得到类的存储信息;那为什么要用这种办法去处理呢。
比方说我要得到存储在 class_rw_t
类信息信息我只需经过 FAST_DATA_MASK
掩码值就能得到它的地址信息,经过地址信息就能从内存中拿到一切类的存储信息。
那这样我的FAST_DATA_MASK
掩码值不一样,我经过&
核算,得到的数据信息也就不一样,不得不说苹果工程师想的周到,而且这种办法不只isa也是这样,许多当地都用这种办法取值,大大进步访问速度,数据提取功率。
class_rw_t ,class_ro_t,class_rw_ext_t
struct class_rw_t {
const class_ro_t *ro() const ;
const method_array_t methods() const ;//假如是类目标:放目标办法,元类:元类目标办法
const property_array_t properties() const;
const protocol_array_t protocols() const;
class_rw_ext_t *ext() const;
}
struct class_rw_ext_t {
method_array_t methods;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
uint32_t version;
}
能够看出类的信息详细就存储在class_rw_t
,class_ro_t
,class_rw_ext_t
中,
剖析下class_rw_t
先看看method_array_t
,property_array_t
,protocol_array_t
源码结构
class property_array_t :
public list_array_tt<property_t, property_list_t, RawPtr>
{
typedef list_array_tt<property_t, property_list_t, RawPtr> Super;
public:
property_array_t() : Super() { }
property_array_t(property_list_t *l) : Super(l) { }
};
class protocol_array_t :
public list_array_tt<protocol_ref_t, protocol_list_t, RawPtr>
{
typedef list_array_tt<protocol_ref_t, protocol_list_t, RawPtr> Super;
public:
protocol_array_t() : Super() { }
protocol_array_t(protocol_list_t *l) : Super(l) { }
};
看完之后,他们都承继list_array_tt
,那么 list_array_tt
是什么鬼,它数据结构是怎样的,这下在取找下它。源码如下:
template <typename Element, typename List, template<typename> class Ptr>
class list_array_tt {
protected:
template <bool authenticated>
class iteratorImpl {
const Ptr<List> *lists;
const Ptr<List> *listsEnd;
}
using iterator = iteratorImpl<false>;
using signedIterator = iteratorImpl<true>;
public:
list_array_tt() : list(nullptr) { }
list_array_tt(List *l) : list(l) { }
list_array_tt(const list_array_tt &other) {
*this = other;
}
void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
if (addedCount == 0) return;
if (hasArray()) {
// many lists -> many lists
uint32_t oldCount = array()->count;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
array_t *newArray =(array_t*)malloc(array_t::byteSize(newCount));
newArray->count = newCount;
array()->count = newCount;
for (int i = oldCount - 1; i >= 0; i--)
newArray->lists[i + addedCount] = array()->lists[i];
for (unsigned i = 0; i < addedCount; i++)
newArray->lists[i] = addedLists[i];
free(array());
setArray(newArray);
validate();
}
else if (!list && addedCount == 1) {
// 0 lists -> 1 list
list = addedLists[0];
validate();
}
else {
// 1 list -> many lists
Ptr<List> oldList = list;
uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;
if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
for (unsigned i = 0; i < addedCount; i++)
array()->lists[i] = addedLists[i];
validate();
}
}
}
我把主要当地拿去出来,能够看到 attachLists
它的意图是将一个或多个列表(List
类型)附加到某个list_array_tt
目标中。这个目标能够包括零个、一个或多个列表,这些列表能够是单个指针,也能够是指针数组。函数的输入参数是一个指向List
指针数组的指针addedLists
和一个无符号整数addedCount
,表示要添加的列表数量。
由此我推断它是一个数组,而且是一个二维数组存储的,一切由此得出 class_rw_t
中methods
,properties
,protocols
这几个特点利用二维数组取存储类的办法,协议等信息,而且是可读可写的特点。
那它规划这种二维数组有什么优点呢?当然有优点,它能够动态的给数组里面添加删去办法,很便利咱们分类办法的编写完进行存储。
那搞清楚了 class_rw_t
几个重要数据存储信息,那 class_rw_t
它的效果是干什么的呢;
从class_rw_t
结构体界说来看;它是在运用运行时,将OC类,分类的信息直接写入到class_rw_t
结构的数据结构中,在类的办法,协议进行调用时,从里面去读取,然后常调用的办法,又存储在cache_t这个结构体中,可想而知,苹果对OC类的处理,煞费苦心。
struct class_ro_t
在 class_rw_t
结构体中有个 class_ro_t
结构体,在探究下这个东西做什么的,它的源码如下:
struct class_ro_t {
WrappedPtr<method_list_t, method_list_t::Ptrauth> baseMethods;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;
property_list_t *baseProperties;
}
先说说 ivars
这个特点修饰的结构体源码如下:
struct ivar_list_t : entsize_list_tt<ivar_t, ivar_list_t, 0> {
bool containsIvar(Ivar ivar) const {
return (ivar >= (Ivar)&*begin() && ivar < (Ivar)&*end());
}
};
这个形似只有一个承继 entsize_list_tt
,那在探究下源码:
struct entsize_list_tt {
uint32_t entsizeAndFlags;
uint32_t count;
struct iteratorImpl {
uint32_t entsize;
uint32_t index; // keeping track of this saves a divide in operator-
using ElementPtr = std::conditional_t<authenticated, Element * __ptrauth(ptrauth_key_process_dependent_data, 1, 0xdead), Element *>;
ElementPtr element;
typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category;
typedef Element value_type;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef Element* pointer;
typedef Element& reference;
iteratorImpl() { }
iteratorImpl(const List& list, uint32_t start = 0)
: entsize(list.entsize())
, index(start)
, element(&list.getOrEnd(start))
{ }
}
}
能够看出这段代码界说了一个结构体entsize_list_tt
,它内部包括一个嵌套的结构体iteratorImpl
,用于完成一个迭代器。遍历容器(如列表、数组等)的目标。
到此能够得出ivars
是一个 ivar_list_t
数组,它存储了类的特点变量信息,那protocol_list_t
结构体内部也是数组形式构建的。
baseProtocols
,baseProperties
这两个特点对类的存储信息只能读取,不能写入。
所以总结的是:从 class_ro_t
结构体界说来看,它存储类的变量,办法,协议信息,而且这个结构体归于类的只读信息,它包括了类的初始信息。
class_rw_ext_t
这个结构体不在过多叙述,简略来说它是根据 class_rw_t
之后为了更好管理oc类的高级特性,比方关联特点等,衍生出来的一个结构体,包括:method_array_t
,property_arrat_t
,protocol_array_t
等界说特点类型
到这儿类结构及存储所关联的信息都在这儿了;来一张他们关联的结构思维图:
总结:一开始编译时,程序将类的初始信息放在 class_ro_t
中,当程序运行时,将类的信息兼并在一起的时分,它会将 class_ro_t
类的信息兼并到 class_rw_t
结构体中去。
struct method_t
为什么要说method_t,因为它不只在 class_ro_t
有运用,在OC底层其他当地也有运用;比方如下源码:
void method_exchangeImplementations(Method m1Signed, Method m2Signed)
{
if (!m1Signed || !m2Signed) return;
method_t *m1 = _method_auth(m1Signed);
method_t *m2 = _method_auth(m2Signed);
mutex_locker_t lock(runtimeLock);
IMP imp1 = m1->imp(false);
IMP imp2 = m2->imp(false);
SEL sel1 = m1->name();
SEL sel2 = m2->name();
m1->setImp(imp2);
m2->setImp(imp1);
// RR/AWZ updates are slow because class is unknown
// Cache updates are slow because class is unknown
// fixme build list of classes whose Methods are known externally?
flushCaches(nil, __func__, [sel1, sel2, imp1, imp2](Class c){
return c->cache.shouldFlush(sel1, imp1) || c->cache.shouldFlush(sel2, imp2);
});
adjustCustomFlagsForMethodChange(nil, m1);
adjustCustomFlagsForMethodChange(nil, m2);
}
static IMP
_method_setImplementation(Class cls, method_t *m, IMP imp)
{
lockdebug::assert_locked(&runtimeLock);
if (!m) return nil;
if (!imp) return nil;
IMP old = m->imp(false);
SEL sel = m->name();
m->setImp(imp);
// Cache updates are slow if cls is nil (i.e. unknown)
// RR/AWZ updates are slow if cls is nil (i.e. unknown)
// fixme build list of classes whose Methods are known externally?
flushCaches(cls, __func__, [sel, old](Class c){
return c->cache.shouldFlush(sel, old);
});
adjustCustomFlagsForMethodChange(cls, m);
return old;
}
办法交流,完成中底层都有用到,咱们探究下,先看看 method_t
源码:
struct method_t {
// The representation of a "big" method. This is the traditional
// representation of three pointers storing the selector, types
// and implementation.
struct big {
SEL name;
const char *types;
MethodListIMP imp;
};
// A "big" method, but name is signed. Used for method lists created at runtime.
struct bigSigned {
SEL __ptrauth_objc_sel name;
const char * ptrauth_method_list_types types;
MethodListIMP imp;
};
// ***HACK: This is a TEMPORARY HACK FOR EXCLAVEKIT. It MUST go away.
// rdar://96885136 (Disallow insecure un-signed big method lists for ExclaveKit)
#if TARGET_OS_EXCLAVEKIT
struct bigStripped {
SEL name;
const char *types;
MethodListIMP imp;
};
#endif
}
能够看到这结构体中掐套了多个结构体;在把它简化下:
struct method_t {
SEL name;//办法名
const char *types;//包括函数具有参数编码的字符串类型的返回值
MethodListIMP imp;//函数指针(指向函数地址的指针)
}
SEL
:函数名,没特别的含义;
特点:
1,运用@selector()
,sel_registerName()
取得
2,运用sel_getName()
,NSStringFromSelector()
转成字符串
3,不同类中相同名字办法,对应的办法选择器是相同或相等的
底层代码结构:
/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;
types
:包括了函数返回值、参数编码的字符串
能够看到types在值:v16@0:8 ,能够看出name,types,IMP其实都在class_ro_t结构体中,这样的确证明了之前说的;class_ro_t结构体在运行时存储着类的初始状态数据。
v16@0:8阐明下:
v:办法返回类型,这儿说void,
16:第一个参数,
@:id类型第二个参数,
0:第三个参数
: :selector类型
8:第四个参数
那这种types参数又是什么鬼东西,查下了资料这叫:Type Encoding(类型编码) 怎么证明了,运用如下代码:
苹果官网types encoding表格:
IMP
其实便是指向函数的指针,感觉这个就没有必要讲了。
struct cache_t
cache_t
用于 class
的办法缓存,对class
常调用的办法缓存下来,进步查询功率,这个上之前都已经说过;接下来看看 bucket_t
。
struct bucket_t
struct bucket_t {
cache_key_t _key;//函数名
IMP _imp;//函数内存地址
}
这种散列表的模型,其实在底层用一个数组展现:
其实它的内部便是一个一维数组,那或许问了,数组莫非它是循环查找吗,其实不然;在它元素超找时,它是拿到你的 函数名 & mask
,而这个 mask
便是 cache_t
结构体中的 mask
值;核算得到函数在 散列表
存储的索引值,在经过索引拿到函数地址,进行履行。
接下来看个事例:
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
Student *stu=[Student new];
[stu test];
[stu test];
[stu test];
[stu test];
}
return 0;
}
如上办法:当首次调用它会去类目标中查找,在办法履行时,他会放入cache_t
缓存中,当第2次,第三次,第四次时,它就去缓存中查找。
当办法履行后;咱们看到 _mask
是:3,这个3代表了我类中界说了三个函数;而——_occupied
是一个随意的值;它其实代表了换存办法的个数。
那怎么知道办法有缓存了,再持续往下履行:
这时分履行完 test02, _mask
的值从 3
变成了 7
,阐明散列表 bucket_t
做了扩容操作。在这儿bucket_t
元素需求 _mask
个元素,所以终究 bucket_t
从原有的3个元素进行了 2倍
扩容。
在看下办法是否进行缓存:
能够看见当履行完 [stu test02] 时,数据做了扩容,而且扩容的数据运用(null)
进行填充。
在看个事例:
在履行 [stu test] 之前;其实bucket_t
就3个元素,而且存入了 init
办法;
当履行完 [stu test] 之后;就存入 test
办法。
但是注意的当地:它在扩容时对之前的缓存进行铲除。
经过查看源码,咱们知道了它怎么进行铲除操作,
当履行完 [stu test02]; ,[stu test03]; 之后,它先将缓存清空;这时分 init
, test
办法被清空,bucket_t
扩容完在存储:test02
,test03
办法。
那问题又来了,它是怎么快速定位到办法的,然后履行的?接下来看看代码:
能够清楚看见,当我运用 @selector(test03)&stu_cache._mask
就能够得到下标,然后再从 bucket_t
拿到办法。
到这儿 class结构,类的办法缓存到此结束了,从上面也能够思考下:假如自己去完成散列表数组
,是不是思路就跟清晰了。