iOS底层原理之类的底层探索(下)

本文主要内容

1.探求ivar的存储方位
2.ro、rw、rwe解析
3.类方法的存储方位
4.关于元类的说明
5.通过runtime的API探求类的数据结构

一、探求ivar的存储方位

上一篇研讨了类的部分底层，了解到isa的走位图以及类方针和元类方针的承继联系，并且知道类的本质是一个叫作objc_class的结构体，其间包括了ISA指针、（类方针的）父类、cache、bits等,bits中存储了类的特色、实例方法、协议等内容，而这些内容都放在一个叫class_rw_t的结构体中。同时还留下2个疑问，第1个疑问是：成员变量并没有在bits中特色列表中展示。现在我们来研讨类的成员变量究竟存储在什么方位？ 通过分析并查看objc4-838.1源码发现，class_rw_t结构体中有1个叫作ro的结构体，回来class_ro_t结构体类型的数据，而class_ro_t结构体中包括ivars,即代表成员变量，也就是说类的成员变量就存储在class_ro_t结构体中。

我们来验证类的成员变量是否真的存储在class_ro_t结构体中。方法同上一篇中获取bits里面的methodlists和propertylist类似。读取bits的回来class_data_bits_t数据内容，通过data函数读取得到class_rw_t结构体类型数据，通过*取值，再调用ro函数获取到class_ro_t结构体类型数据，其间ivars就是成员变量！调用ivars即可回来ovar_list_t类型数据，此时同前面特色和方法的获取相同了。通过get函数获取其间每个ivar类型元素的数据，从而找到累的成员变量(包括5个成员变量)如下图：

知识小亮点
A:为何真实的成员变量放在类中，而成员变量的值却放在实例方针中(前面现已知道，实例方针包括isa指针和成员变量的值)？ 
Q:类的本质是一个结构体，这个结构体相当于一个模版，这个模版中有成员变量、特色、方法、协议等内存，实例方针就是根据类的模版生成的，在创立实例方针时，不同的实例方针成员变量的值是不相同的，所以就把不相同的成员变量的值寄存在不同的实例方针中。

二.ro、rw、rwe解析

ro是在编译时生成，当类进行编译时，类的特色、实例方法、协议等就会存在于ro结构体中，它是一块纯净的、只读(read only)的内存空间，不允许被批改，即clean memory。rw是在运转时生成的，类一经运用ro就会变成rw,即rw会把ro中的内容”剪切”到rw中，可读可写(read&write)。而runtime提供了动态为类增加方法和特色的API，这些方法和特色存在于只读不允许批改的ro中，假设想要批改方法和特色(一般批改比例为10%左右)，需求把ro中的内容”仿制”到rw中,但这样就会存在两份ro，增加内存消耗。所以苹果通过class_rw_ext_t(rwe)结构体来处理这10%左右的批改，这些批改主要指分类或许runtime API批改，其间分类和本类有必要是非懒加载类。

分析源码，会判别rw是否存在rwe,假设存在rwe,就会在其间找需求批改的内容(方法、协议等)，假设不存在rwe就会去ro中找。

三、类方法的存储方位

2个疑问的另一个疑问是：类方法存在在哪里？
猜想：上一篇文章中发现，类方法并不在类的bits数据中，那类方法是否会在类的元类的bits中呢？我们带着疑问进行探求。首要通过类的isa指针指向找到元类的内存地址，再运用获取bits中方法列表的方法找到元类中的方法列表即可(具体分析进程此处省掉，如有不清楚的当地，请查看上一篇文章)，分析如下图：

知识小亮点
ro存在磁盘中,运用时内存加载。只需APP运转rw就会一直存在，APP杀死才会开释。

结论：类方法确实存储在元类中！

四、关于元类的说明

上一篇文章中第二部分还有一个疑问：什么是元类？为什么要引出元类呢？也就是说苹果为什么要规划这个元类呢？
这是为了**复用消息机制**，用同一套消息机制。在OC中调用方法，如[HGPerson alloc],在苹果体系中实际上就是给HGPerson发送某条消息，调用方法编译时就会编译为包括2个参数的函数objc_msgSend(消息接收者 isa，消息方法名)，通过这个函数根据消息接收者的isa指针找到该方法的完结，如消息接收者是实例方针，就会到实例方针isa指针指向的类方针中找该方法的完结，假设消息接收者是类方针，就会到类方针isa指针指向的元类方针中找该方法的完结(所以类方法和实例方法可同名)。
假设没有元类，只用2个参数无法找到方法的完结，需求批改为：objc_msgSend(消息接收者，消息方法名，判别实例方针/类方针，判别实例方法/类方法)，而消息的发送最重要的是快速，假设增加上述这些判别结构会影响发送功率！运用当时的消息机制只通过isa指针可以很快找到方法的完结，实例方针存储成员变量的值，类方针存储实例方针的方法，元类方针存储类方针的方法，也就是单一职责的准则，大大增加消息发送的功率，同时维护同一个消息机制(objc_msgSend函数)也更便利。

五、通过runtime的API探求类的数据结构

1.获取类的成员变量
成员变量为ivar_t类型的结构体，其间包括name、type、size等内容。

通过runtime中的class_copyIvarList函数拿到成员变量列表ivars,遍历即可获取一切的成员变量。

留意⚠️：class_copyIvarList方法回来的ivar *类型，该方法中运用malloc 拓荒了内存空间，而ARC进行内存处理只会处理OC方针，所以需求用free开释ivars。

2.获取类的特色
通过runtime中的class_copyPropertyList函数拿到特色列表properties,遍历即可获取类的一切特色name、age、height。具体完结如下图：

打印特色类型解析：
闪现如特色name“T@'NSString',C,N,V_name”。其间"T"代表类型，后边加"@‘NSString’即为字符串类型，"C"代表copy,"N"代表"nonatomic","V_name"代表成员变量_name.
再如特色age”Ti,N,V_age**“,"Ti"整体代表int类型，"N"代表"nonatomic","V_age"代表成员变量_age.

特色类型编码说明官网地址：Declared property type encodings

2.获取实例方法和类方法
(1)实例方法 通过runtime中的class_copyMethodList函数拿到方法列表methods,遍历即可获取实例方针的一切方法。具体完结如下图：

打印特色类型解析：
闪现如方法name类型“@16@0:8”.其间"@"代表回来值为方针类型,"16"代表方法参数的长度,第2个"@"代表方法的接收者,8个长度,从0-7;":"代表方法名,8个长度,从8-15,所以一共16个长度.
再如特色setHeight“v24@0:8q16”,"v"代表回来值为void类型，"24"代表方法参数的长度，第2个"@"代表方法的接收者,8个长度,从0-7;":"代表方法名,8个长度,从8-15;还有个long类型的参数height,8个长度,从16-23,所以一共24个长度.

(2)类方法
通过runtime中的class_getInstanceMethod函数传入元类也能得到类方法的内存地址。为什么？根据我们了解，获取类方法可以运用class_getClassMethod函数，所以objc底层并没有实例方法和类方法之分。

查看源码发现：class_getClassMethod实际上调用class_getInstance Method函数。 由此进一步说明，苹果规划元类的意图并不是寄存类方法而是为了复用消息机制！！！

3.获取方法的完结imp
通过runtime中的class_getMethodImplementation函数获取方法的完结。调查发现，此函数既能通过类找到实例方法的完结，也能通过元类找到。为什么呢？

查看class_getMethodImplementation函数的源码发现，假设找不到方法的完结，会回来_objc_msgForward来进行消息转发。

本文总结

1.类的ro中存储成员变量，实例方法、特色、协议等也存储在类方针中；
2.类方法存储在元类中；
3.元类的规划是为了复用消息机制，并非为了寄存类方法；
4.objc底层并没有实例方法和类方法之分。

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