探寻Class的本质
iOS底层原理总结 - 探寻Class的本质
对小码哥底层班视频学习的总结与记录。面试题部分,通过对面试题的分析探索问题的本质内容。
Class的本质
我们知道不管是类对象还是元类对象,类型都是Class,class和mete-class的底层都是objc_class结构体的指针,内存中就是结构体,本章来探寻Class的本质。
Class objectClass = [NSObject class];
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
点击Class来到内部,我们可以发现
typedef struct objc_class *Class;
Class对象其实是一个指向objc_class结构体的指针。因此我们可以说类对象或元类对象在内存中其实就是objc_class结构体。
我们来到objc_class内部,可以看到这段在底层原理中经常出现的代码。
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 *` */
这部分代码相信在文章中很常见,但是OBJC2_UNAVAILABLE;
说明这些代码已经不在使用了。那么目前objc_class的结构是什么样的呢?我们通过objc源码中去查找objc_class结构体的内容。
部分objc_class代码内容
我们发现这个结构体继承 objc_object 并且结构体内有一些函数,因为这是c++结构体,在c上做了扩展,因此结构体中可以包含函数。我们来到objc_object内,截取部分代码
objc_object内部分代码
我们发现objc_object中有一个isa指针,那么objc_class继承objc_object,也就同样拥有一个isa指针
那么我们之前了解到的,类中存储的类的成员变量信息,实例方法,属性名等这些信息在哪里呢。我们来到class_rw_t中,截取部分代码,我们发现class_rw_t中存储着方法列表,属性列表,协议列表等内容。
class_rw_t部分代码
而class_rw_t是通过bits调用data方法得来的,我们来到data方法内部实现。我们可以看到,data函数内部仅仅对bits进行&FAST_DATA_MASK操作
data方法内部实现
而成员变量信息则是存储在class_ro_t内部中的,我们来到class_ro_t内查看。
class_ro_t内部代码
最后总结通过一张图进行总结
窥探struct objc_class的结构
如何证明上述内容是正确的。
我们可以自定义一个结构体,如果我们自己写的结构和objc_class真实结构是一样的,那么当我们强制转化的时候,就会一一对应的赋值。此时我们就可以拿到结构体内部的信息。
下列代码是我们仿照objc_class结构体,提取其中需要使用到的信息,自定义的一个结构体。
#import <Foundation/Foundation.h>#ifndef XXClassInfo_h
#define XXClassInfo_h# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# endif#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t;
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t cache_key_t;struct bucket_t {cache_key_t _key;IMP _imp;
};struct cache_t {bucket_t *_buckets;mask_t _mask;mask_t _occupied;
};struct entsize_list_tt {uint32_t entsizeAndFlags;uint32_t count;
};struct method_t {SEL name;const char *types;IMP imp;
};struct method_list_t : entsize_list_tt {method_t first;
};struct ivar_t {int32_t *offset;const char *name;const char *type;uint32_t alignment_raw;uint32_t size;
};struct ivar_list_t : entsize_list_tt {ivar_t first;
};struct property_t {const char *name;const char *attributes;
};struct property_list_t : entsize_list_tt {property_t first;
};struct chained_property_list {chained_property_list *next;uint32_t count;property_t list[0];
};typedef uintptr_t protocol_ref_t;
struct protocol_list_t {uintptr_t count;protocol_ref_t list[0];
};struct class_ro_t {uint32_t flags;uint32_t instanceStart;uint32_t instanceSize; // instance对象占用的内存空间
#ifdef __LP64__uint32_t reserved;
#endifconst uint8_t * ivarLayout;const char * name; // 类名method_list_t * baseMethodList;protocol_list_t * baseProtocols;const ivar_list_t * ivars; // 成员变量列表const uint8_t * weakIvarLayout;property_list_t *baseProperties;
};struct class_rw_t {uint32_t flags;uint32_t version;const class_ro_t *ro;method_list_t * methods; // 方法列表property_list_t *properties; // 属性列表const protocol_list_t * protocols; // 协议列表Class firstSubclass;Class nextSiblingClass;char *demangledName;
};#define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {uintptr_t bits;
public:class_rw_t* data() { // 提供data()方法进行 & FAST_DATA_MASK 操作return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);}
};/* OC对象 */
struct xx_objc_object {void *isa;
};/* 类对象 */
struct xx_objc_class : xx_objc_object {Class superclass;cache_t cache;class_data_bits_t bits;
public:class_rw_t* data() {return bits.data();}xx_objc_class* metaClass() { // 提供metaClass函数,获取元类对象
// 上一篇我们讲解过,isa指针需要经过一次 & ISA_MASK操作之后才得到真正的地址return (xx_objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);}
};#endif /* XXClassInfo_h */
接下来我们将自己定义的类强制转化为我们自定义的精简的class结构体类型。
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import "XXClassInfo.h"/* Person */
@interface Person : NSObject <NSCopying>
{@publicint _age;
}
@property (nonatomic, assign) int height;
- (void)personMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end@implementation Person
- (void)personMethod {}
+ (void)personClassMethod {}
@end/* Student */
@interface Student : Person <NSCoding>
{@publicint _no;
}@property (nonatomic, assign) int score;
- (void)studentMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end@implementation Student
- (void)studentMethod {}
+ (void)studentClassMethod {}
@endint main(int argc, const char * argv[]) {@autoreleasepool {NSObject *object = [[NSObject alloc] init];Person *person = [[Person alloc] init];Student *student = [[Student alloc] init];xx_objc_class *objectClass = (__bridge xx_objc_class *)[object class];xx_objc_class *personClass = (__bridge xx_objc_class *)[person class];xx_objc_class *studentClass = (__bridge xx_objc_class *)[student class];xx_objc_class *objectMetaClass = objectClass->metaClass();xx_objc_class *personMetaClass = personClass->metaClass();xx_objc_class *studentMetaClass = studentClass->metaClass();class_rw_t *objectClassData = objectClass->data();class_rw_t *personClassData = personClass->data();class_rw_t *studentClassData = studentClass->data();class_rw_t *objectMetaClassData = objectMetaClass->data();class_rw_t *personMetaClassData = personMetaClass->data();class_rw_t *studentMetaClassData = studentMetaClass->data();// 0x00007ffffffffff8NSLog(@"%p %p %p %p %p %p", objectClassData, personClassData, studentClassData,objectMetaClassData, personMetaClassData, studentMetaClassData);return 0;
}
通过打断点,我们可以看到class内部信息。
至此,我们再次拿出那张经典的图,挨个分析图中isa指针和superclass指针的指向
isa、superclass指向图
instance对象
首先我们来看instance对象,我们通过上一篇文章知道,instance对象中存储着isa指针和其他成员变量,并且instance对象的isa指针是指向其类对象地址的。我们首先分析上述代码中我们创建的object,person,student三个instance对象与其相对应的类对象objectClass,personClass,studentClass。
instance对象分析
从上图中我们可以发现instance对象中确实存储了isa指针和其成员变量,同时将instance对象的isa指针经过&运算之后计算出的地址确实是其相应类对象的内存地址。由此我们证明isa,superclass指向图中的1,2,3号线。
class对象
接着我们来看class对象,同样通过上一篇文章,我们明确class对象中存储着isa指针,superclass指针,以及类的属性信息,类的成员变量信息,类的对象方法,和类的协议信息,而通过上面对object源码的分析,我们知道这些信息存储在class对象的class_rw_t中,我们通过强制转化来窥探其中的内容。如下图
personClassData内结构
上图中我们通过模拟对person类对象调用.data函数,即对bits进行&FAST_DATA_MASK(0x00007ffffffffff8UL)运算,并转化为class_rw_t。即上图中的personClassData。其中我们发现成员变量信息,对象方法,属性等信息只显示first第一个,如果想要拿到更多的需要通过代码将指针后移获取。而上图中的instaceSize = 16也同person对象中isa指针8个字节+_age4个字节+_height4个字节相对应起来。这里不在展开对objectClassData及studentClassData进行分析,基本内容同personClassData相同。
那么类对象中的isa指针和superclass指针的指向是否如那张经典的图示呢?我们来验证一下。
类对象的isa指针和superclass指针指向
通过上图中的内存地址的分析,由此我们证明isa,superclass指向图中,isa指针的4,5,6号线,以及superclass指针的10,11,12号线。
meta-class对象
最后我们来看meta-class元类对象,上文提到meta-class中存储着isa指针,superclass指针,以及类的类方法信息。同时我们知道meta-class元类对象与class类对象,具有相同的结构,只不过存储的信息不同,并且元类对象的isa指针指向基类的元类对象,基类的元类对象的isa指针指向自己。元类对象的superclass指针指向其父类的元类对象,基类的元类对象的superclass指针指向其类对象。
与class对象相同,我们同样通过模拟对person元类对象调用.data函数,即对bits进行&FAST_DATA_MASK(0x00007ffffffffff8UL)运算,并转化为class_rw_t。
personMetaClassData内结构
首先我们可以看到结构同personClassData相同,并且成员变量及属性列表等信息为空,而methods中存储着类方法personClassMethod。
接着来验证isa及superclass指针的指向是否同上图序号标注一样。
meta-class的isa指针指向
上图中通过地址证明meta-class的isa指向基类的meta-class,基类的isa指针也指向自己。
meta-class的superclass指针指向
上图中通过地址证明meta-class的superclass指向父类的meta-class,基类的meta-class的superclass指向基类的class类。
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2022/11/19 21:17:18 - 错误使用 reshape要执行 RESHAPE,请勿更改元素数目。
%读入6幅图像(每一幅图像的大小是564*564) f1 imread(WashingtonDC_Band1_564.tif); subplot(3,2,1),imshow(f1); f2 imread(WashingtonDC_Band2_564.tif); subplot(3,2,2),imshow(f2); f3 imread(WashingtonDC_Band3_564.tif); subplot(3,2,3),imsho…...
2022/11/19 21:17:16 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机...
win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”问题的解决方法在win7系统关机时如果有升级系统的或者其他需要会直接进入一个 等待界面,在等待界面中我们需要等待操作结束才能关机,虽然这比较麻烦,但是对系统进行配置和升级…...
2022/11/19 21:17:15 - 台式电脑显示配置100%请勿关闭计算机,“准备配置windows 请勿关闭计算机”的解决方法...
有不少用户在重装Win7系统或更新系统后会遇到“准备配置windows,请勿关闭计算机”的提示,要过很久才能进入系统,有的用户甚至几个小时也无法进入,下面就教大家这个问题的解决方法。第一种方法:我们首先在左下角的“开始…...
2022/11/19 21:17:14 - win7 正在配置 请勿关闭计算机,怎么办Win7开机显示正在配置Windows Update请勿关机...
置信有很多用户都跟小编一样遇到过这样的问题,电脑时发现开机屏幕显现“正在配置Windows Update,请勿关机”(如下图所示),而且还需求等大约5分钟才干进入系统。这是怎样回事呢?一切都是正常操作的,为什么开时机呈现“正…...
2022/11/19 21:17:13 - 准备配置windows 请勿关闭计算机 蓝屏,Win7开机总是出现提示“配置Windows请勿关机”...
Win7系统开机启动时总是出现“配置Windows请勿关机”的提示,没过几秒后电脑自动重启,每次开机都这样无法进入系统,此时碰到这种现象的用户就可以使用以下5种方法解决问题。方法一:开机按下F8,在出现的Windows高级启动选…...
2022/11/19 21:17:12 - 准备windows请勿关闭计算机要多久,windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机怎么办...
有不少windows10系统用户反映说碰到这样一个情况,就是电脑提示正在准备windows请勿关闭计算机,碰到这样的问题该怎么解决呢,现在小编就给大家分享一下windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机的具体第一种方法:1、2、依次…...
2022/11/19 21:17:11 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”的解决方法...
今天和大家分享一下win7系统重装了Win7旗舰版系统后,每次关机的时候桌面上都会显示一个“配置Windows Update的界面,提示请勿关闭计算机”,每次停留好几分钟才能正常关机,导致什么情况引起的呢?出现配置Windows Update…...
2022/11/19 21:17:10 - 电脑桌面一直是清理请关闭计算机,windows7一直卡在清理 请勿关闭计算机-win7清理请勿关机,win7配置更新35%不动...
只能是等着,别无他法。说是卡着如果你看硬盘灯应该在读写。如果从 Win 10 无法正常回滚,只能是考虑备份数据后重装系统了。解决来方案一:管理员运行cmd:net stop WuAuServcd %windir%ren SoftwareDistribution SDoldnet start WuA…...
2022/11/19 21:17:09 - 计算机配置更新不起,电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?
原标题:电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?win7系统中在开机与关闭的时候总是显示“配置windows update请勿关闭计算机”相信有不少朋友都曾遇到过一次两次还能忍但经常遇到就叫人感到心烦了遇到这种问题怎么办呢?一般的方…...
2022/11/19 21:17:08 - 计算机正在配置无法关机,关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机...
关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!关机提示 windows7 正在配…...
2022/11/19 21:17:05 - 钉钉提示请勿通过开发者调试模式_钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用...
钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用 更新时间:2020-04-20 22:24:19 浏览次数:729次 区域: 南阳 > 卧龙 列举网提醒您:为保障您的权益,请不要提前支付任何费用! 虚拟位置外设器!!轨迹模拟&虚拟位置外设神器 专业用于:钉钉,外勤365,红圈通,企业微信和…...
2022/11/19 21:17:05 - 配置失败还原请勿关闭计算机怎么办,win7系统出现“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”,长时间没反应,无法进入系统的解决方案...
前几天班里有位学生电脑(windows 7系统)出问题了,具体表现是开机时一直停留在“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”这个界面,长时间没反应,无法进入系统。这个问题原来帮其他同学也解决过,网上搜了不少资料&#x…...
2022/11/19 21:17:04 - 一个电脑无法关闭计算机你应该怎么办,电脑显示“清理请勿关闭计算机”怎么办?...
本文为你提供了3个有效解决电脑显示“清理请勿关闭计算机”问题的方法,并在最后教给你1种保护系统安全的好方法,一起来看看!电脑出现“清理请勿关闭计算机”在Windows 7(SP1)和Windows Server 2008 R2 SP1中,添加了1个新功能在“磁…...
2022/11/19 21:17:03 - 请勿关闭计算机还原更改要多久,电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机怎么办...
许多用户在长期不使用电脑的时候,开启电脑发现电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机。。.这要怎么办呢?下面小编就带着大家一起看看吧!如果能够正常进入系统,建议您暂时移…...
2022/11/19 21:17:02 - 还原更改请勿关闭计算机 要多久,配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以...
配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机&#x…...
2022/11/19 21:17:01 - 电脑配置中请勿关闭计算机怎么办,准备配置windows请勿关闭计算机一直显示怎么办【图解】...
不知道大家有没有遇到过这样的一个问题,就是我们的win7系统在关机的时候,总是喜欢显示“准备配置windows,请勿关机”这样的一个页面,没有什么大碍,但是如果一直等着的话就要两个小时甚至更久都关不了机,非常…...
2022/11/19 21:17:00 - 正在准备配置请勿关闭计算机,正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了解决教程...
当电脑出现正在准备配置windows请勿关闭计算机时,一般是您正对windows进行升级,但是这个要是长时间没有反应,我们不能再傻等下去了。可能是电脑出了别的问题了,来看看教程的说法。正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了方法一…...
2022/11/19 21:16:59 - 配置失败还原请勿关闭计算机,配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机...
我们使用电脑的过程中有时会遇到这种情况,当我们打开电脑之后,发现一直停留在一个界面:“配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机”,等了许久还是无法进入系统。如果我们遇到此类问题应该如何解决呢࿰…...
2022/11/19 21:16:58 - 如何在iPhone上关闭“请勿打扰”
Apple’s “Do Not Disturb While Driving” is a potentially lifesaving iPhone feature, but it doesn’t always turn on automatically at the appropriate time. For example, you might be a passenger in a moving car, but your iPhone may think you’re the one dri…...
2022/11/19 21:16:57