在以前的學習中,咱們瞭解到isa指針在runtime機制中起到了很是大的做用,經過實例對象的isa指針,咱們能夠找到類對象,經過類對象的isa指針咱們能夠找到元類對象,在經過查看objc4的源碼,咱們能夠看到isa指針是一個union isa_t類型的共用體。數組
其實在arm64以前,isa只是單純的一個指針,裏面存放了類對象(class)、元類對象(mata-class)的地址值。可是在arm64以後,isa指針被優化爲共用體的結構,而且使用位域的技術來使得isa中能夠存儲更多的信息。緩存
此處objc4的源碼版本我選擇的是objc4-756.2bash
在深刻了解isa內部結構以前,咱們先來簡單瞭解一下什麼是位運算。計算機內存中存儲的數據都是以二進制的形式存儲的,也就是0或者1,而位運算就是直接對內存中的二進制位進行操做,因此它的運算效率很是高。經常使用位運算有如下幾種,此處以C語言爲例:數據結構
運算符 | 用法 |
---|---|
按位與(&) | a & b |
按位或(|) | a | b |
按位異或(^) | a ^ b |
按位取反(~) | ~a |
左移(<<) | a << b |
右移(>>) | a >> b |
運算規則:相同位的兩個數字都爲1,則爲1,若其中有一個不爲1,則爲1架構
舉例:有兩個數12和20進行按位與運算,20的二進制爲0b00001011,12的二進制格式爲0b00010100app
//12和22進行按位與運算
0000 1011 (20)
& 0001 1100 (12)
------------
0000 1000
複製代碼
運算規則:相同位的兩個數字只要有一個爲1,則爲1less
舉例:有兩個數12和20進行按位或運算,20的二進制爲0b00001011,12的二進制格式爲0b00010100ide
//12和22進行按位或運算
0000 1011 (20)
| 0001 1100 (12)
------------
0001 1111
複製代碼
運算規則:相同位置的兩個數字相同則爲0,不一樣則爲1函數
舉例:有兩個數12和20進行按位異或運算,20的二進制爲0b00001011,12的二進制格式爲0b00010100工具
//12和22進行按位異或運算
0000 1011 (20)
^ 0001 1100 (12)
------------
0001 0111
複製代碼
運算規則:將二進制的每一位變成相反的數,1->0或者0->1
舉例:對0b0100 1110進行取反操做
~0100 1110
------------
1011 0001
複製代碼
運算規則:將一個運算對象的各個二進制位所有左移若干位(注意:最左側的二進制位丟棄,右側二進制位補0)
舉例:(0b0100 1110)<<一、(0b1100 1110)<<1
0100 1110<<1 1100 1110<<1
--------------- --------------
1001 1100 1001 1100
複製代碼
若是左側最高位不爲1,那麼左移至關於將原有數乘以2,此處0b0100 1110的十進制數爲78,左移一位獲得的十進制數爲156
運算規則:將一個運算對象的各個二進制位所有右移若干位(注意:正數左側補0,負數左側補1,右側二進制位丟棄)
舉例:(0b1100 1110)>>1
1100 1110>>1
---------------
0110 0111
複製代碼
操做的數每右移一位至關於改數除以2,此處0b1100 1110的十進制數爲206,右移一位獲得十進制數爲103
在C語言中,共用體其實就是將不一樣類型的變量存放到同一段內存單元中,使用覆蓋技術,幾個變量共同佔用同一段內存結構,相互覆蓋。
//建立一個共用體size
union {
int height; //寬度
int width; //高度
}size;
//對共用體進行操做
size.height = 10;
//若是將height的值修改成10,這時去打印width的值結果顯示爲10
NSLog(@"%d",size.width);
//若是將width的值修改成20,這時去打印height的值結果顯示爲20
size.width = 20;
NSLog(@"%d",size.height);
複製代碼
咱們定義一個共用體size,其中有兩個int類型的成員變量height和width,各佔用4個字節,可是在共用體中,這兩個成員變量共用4個字節的內存空間,一旦修改其中一個成員變量的值,另外一個成員變量的值也會跟着修改。
位域(又叫作位短)實際上是一種數據結構,它能夠將數據以二進制位的形式來存儲,而且容許對此結構的位進行運算。有些信息在存儲的時候,並不須要佔用一個完整字節,有時候只須要佔用一個或幾個二進制位,好比存放一個BOOL類型的變量時,只須要保存0或1兩種狀態,此時只須要1個二進制位就能存儲。所以,位域就是運用在這種場景下的一種數據結構,使用位域能夠有效的節省存儲空間。
位域能夠把一個字節中的二進制位劃分爲幾個不一樣的區域,而且制定每一個區域佔用的位數,每一個域能夠設置一個域名,能夠根據域名對指定的位進行操做。
可是位域也有明顯的缺點,就是它的內存分配和內存對齊的方式依賴於具體的機器和操做系統,不一樣的平臺可能會有不一樣的結果。
位域的結構和結構體相似,它的形式爲
struct 位域結構名稱{
類型說明符 位域名 : 位域長度;
類型說明符 位域名 : 位域長度;
類型說明符 位域名 : 位域長度;
......
}
//具體事例
struct size{
unsigned int width : 4;
unsigned int height : 4;
unsigned int area : 8;
};
複製代碼
此處須要注意的是:位域成員必須聲明爲int、unsigned int或signed int類型(short char long)
經過sizeof(struct size)能夠獲得位域所佔用內存大小爲4個字節,其實,若是不使用位域的話,整個size結構體佔用的內存大小爲12個字節(int佔用4個字節),可是使用位域以後,size總共只佔用了4個字節,由於其中的width佔用一個字節中的4位,height佔4位,area佔8位,共佔16位,共2個字節,可是因爲內存對齊的原則,這個size共佔用4個字節的內存。所以,經過位域就能夠大量節省內存消耗。若是想了解更多關於位域和內存對齊的知識能夠自行查詢資料,此處只是簡單的作一下介紹。
理解了位運算,位域和共用體的知識,咱們如今就經過具體的實例來加深理解,首先建立一個XLPerson類,若是咱們要給XLPerson類增長屬性,可使用如下方式
@interface XLPerson : NSObject
@property(nonatomic, assign)int height;
@end
複製代碼
可是經過@property這種方式建立的屬性,內部會自動生成_height成員變量,所以,咱們須要本身來實現setter和getter方法,XLPerson.h以下
@interface XLPerson : NSObject
- (void)setHappy:(BOOL)happy;
- (void)setSad:(BOOL)sad;
- (void)setAlone:(BOOL)alone;
- (BOOL)happy;
- (BOOL)sad;
- (BOOL)alone;
@end
複製代碼
XLPerson.m完整代碼以下
#import "XLPerson.h"
#define XLPersonHappyMask (1 << 0)
#define XLPersonSadMask (1 << 1)
#define XLPersonAloneMask (1 << 2)
/** 使用一個字節來存儲多個BOOL屬性 */
@implementation XLPerson{
union {
char bits; //共用一個字節 0b0000 0000
struct {
char happy : 1; //happy佔一位
char sad : 1; //sad佔一位
char alone : 1; //alone佔一位
};
} _emotion;
}
- (void)setHappy:(BOOL)happy{
if (happy) {
//將0b0000 0000的最後一位設置爲1
_emotion.bits |= XLPersonHappyMask;
}else{
_emotion.bits &= ~XLPersonHappyMask;
}
}
- (void)setSad:(BOOL)sad{
if (sad) {
//將0b0000 0000的倒數第二位設置爲1
_emotion.bits |= XLPersonSadMask;
}else{
_emotion.bits &= ~XLPersonSadMask;
}
}
- (void)setAlone:(BOOL)alone{
if (alone) {
//將0b0000 0000的倒數第三位設置爲1
_emotion.bits |= XLPersonAloneMask;
}else{
_emotion.bits &= ~XLPersonAloneMask;
}
}
- (BOOL)happy{
return !!(_emotion.bits & XLPersonHappyMask);
}
- (BOOL)sad{
return !!(_emotion.bits & XLPersonSadMask);
}
- (BOOL)alone{
return !!(_emotion.bits & XLPersonAloneMask);
}
@end
複製代碼
union {
char bits; //共用一個字節 0b0000 0000
struct {
char happy : 1; //happy佔一位
char sad : 1; //sad佔一位
char alone : 1; //alone佔一位
};
} _emotion;
複製代碼
//將最後一位設置爲1
0000 0000
|0000 0001
-----------
0000 0001
//將最後一位設置爲0
0000 0000
&1111 1110
-----------
0000 0000
複製代碼
因此,在代碼中,咱們單獨爲happy屬性設置一個掩碼,爲XLPersonHappyMask,它的值爲1 << 0,轉換成二進制位就是0b0000 0001,而後經過此掩碼來進行位運算,以下
- (void)setHappy:(BOOL)happy{
if (happy) {
//將0b0000 0000的最後一位設置爲1
_emotion.bits |= XLPersonHappyMask;
}else{
_emotion.bits &= ~XLPersonHappyMask;
}
}
複製代碼
- (BOOL)happy{
return !!(_emotion.bits & XLPersonHappyMask);
}
複製代碼
注意:此處進行按位與操做所獲得的值可能爲任何數,可是有一點不變,就是獲取到的值要麼爲0,要麼爲任意數,所以,咱們只要對按位與的結果進行兩次取反,就能將最後的結果轉換成0或者1.
在最新版本的runtime源碼中,NSObject類型最終會轉化成object_class類型的結構體,而object_class繼承自objc_object,在結構體objc_object中就含有isa_t類型的成員isa
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
public:
......
}
複製代碼
查看isa_t的源碼,其中有除了兩個構造函數外,有一個cls指針,還有一個uintptr_t類型的成員bits以及一個結構體:
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
複製代碼
查看結構體的源碼能夠發現,在結構體中使用位域來存儲了不少信息,此處只展現arm64架構下的源碼信息
#define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
#define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
#define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19
};
複製代碼
所以,咱們能夠將共用體isa_t的結構簡化爲如下形式:
//uintptr_t其實就是unsigned long類型,佔8個字節
typedef unsigned long uintptr_t;
union isa_t {
uintptr_t bits;
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/
uintptr_t magic : 6;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 19
};
}
複製代碼
isa_t做爲共用體,內部使用8個字節的內存空間,共64位二進制位,存放了如下信息
在函數objc_destructInstance中,咱們能夠區分出在什麼狀況下對象釋放會更快
//釋放一個實例對象
void *objc_destructInstance(id obj) {
if (obj) {
//判斷是否有.cxx_destruct析構函數
bool cxx = obj->hasCxxDtor();
//判斷是否有關聯對象
bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();
//g若是有.cxx_destruct析構函數,則調用此析構函數,佔用部分時間
if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
//若是有關聯對象,則移除關聯對象,佔用部分時間
if (assoc) _object_remove_assocations(obj);
//釋放對象
obj->clearDeallocating();
}
return obj;
}
複製代碼
整個isa_t的內存結構圖以下
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
__weak typeof(obj) weakObj = obj;
objc_setAssociatedObject(obj, @"person", @"Jack", OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
複製代碼
在Objective-C基礎之一(深刻理解OC對象)中,咱們瞭解到,Class實際上是一個objc_class類型的結構體,而且它繼承自結構體objc_object,在結構體objc_object的內部則有一個isa_t類型的指針isa,用來存放類對象和元類對象內存地址等一系列信息,上文中有明確說明。接下來咱們再次經過閱讀源碼來深刻理解Class的底層結構。
struct objc_class{
Class ISA; //isa指針,經過位域存放多個信息
Class superclass; //supperClass
cache_t cache; // 方法緩存
class_data_bits_t bits; // 用來獲取類的具體信息
}
複製代碼
struct class_data_bits_t {
uintptr_t bits;
//經過data函數能夠獲取當前結構體中class_rw_t類型的結構體成員
class_rw_t* data() {
//經過按位與來獲取到class_rw_t的內存地址
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
//經過safe_ro函數獲取到class_ro_t類型結構體
const class_ro_t *safe_ro() {
//首先經過data函數獲取到class_rw_t
class_rw_t *maybe_rw = data();
//使用class_rw_t中的flags進行按位與運算,判斷當前data返回的是不是被實現的class_rw_t
if (maybe_rw->flags & RW_REALIZED) {
//當前是class_rw_t
return maybe_rw->ro;
} else {
//當前是class_ro_t
return (class_ro_t *)maybe_rw;
}
}
}
複製代碼
在class_data_bits_t中經過bits & FAST_DATA_MASK來獲取到class_rw_t的內存地址,可是經過safe_ro函數能夠看出,其實一開始在在class_data_bits_t中是不存在class_rw_t的,而是存放的class_ro_t,class_rw_t則是在以後進行建立的,具體會在下文中說明。
查看了class_rw_t和class_ro_t發現二者結構並不相同,可是由於在class_rw_t和class_ro_t中都有flags,而且都是第一個成員變量,所以不論是class_rw_t和class_ro_t它們的內存地址其實就是flags的內存地址,因此二者能夠經過強制轉換來拿到結構體中的flags。
查看class_rw_t的源碼,發如今class_rw_t存在一個成員變量class_ro_t,以及方法列表,屬性列表和協議列表
struct class_rw_t {
uint32_t flags; //用來存放類的一些基本信息
uint32_t version; //版本號
const class_ro_t *ro; //class_ro_t類型指針
method_array_t methods; //方法列表
property_array_t properties;//屬性列表
protocol_array_t protocols; //協議列表
}
複製代碼
class_rw_t中的方法列表、屬性列表和協議列表其實都是二維數組,以method_array_t結構爲例,能夠發如今方法列表中其實存放的是method_list_t,而在method_list_t中存放的則是method_t,method_t中則存放了咱們所須要的方法的基本信息。
class_rw_t結構圖以下
struct class_ro_t {
uint32_t flags; //存放類的一些基本信息
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize; //實例對象佔用內存
const char * name; //當前類名
method_list_t * baseMethodList; //方法列表
protocol_list_t * baseProtocols;//協議列表
const ivar_list_t * ivars; //成員變量列表
property_list_t *baseProperties;//屬性列表
}
複製代碼
在class_ro_t中,方法列表、屬性列表和協議列表都是一維數組,分別是method_list_t、property_list_t和protocol_list_t。
class_ro_t結構圖以下:
根據上文中class_rw_t和class_ro_t的結構,咱們能夠獲得class_rw_t的完整結構圖以下
上文提到,在類初始化的時候其實class中保存的是class_ro_t而不是class_rw_t,這一點能夠經過objc-runtime-new.mm中的realizeClassWithoutSwift函數能夠看出
static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls){
const class_ro_t *ro;
class_rw_t *rw;
Class supercls;
Class metacls;
bool isMeta;
if (!cls) return nil;
//若是class已經初始化,則直接返回當前class
if (cls->isRealized()) return cls;
assert(cls == remapClass(cls));
//首先經過class的data()函數取到class中bits中存放的class_ro_t
ro = (const class_ro_t *)cls->data();
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
//若是當前的cls是future class,而且rw已經被建立,則直接拿到rw和rw中的ro
rw = cls->data();
ro = cls->data()->ro;
cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else {
//若是是普通的class,建立rw
rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);
//將ro賦值給rw中的ro
rw->ro = ro;
//設置rw的flags
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
//將rw設置到cls中的bits中去
cls->setData(rw);
}
......
//遞歸初始化父類
supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass));
//遞歸初始化元類,經過isa指針來獲取到cls的元類
metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()));
......
//修改rw中的方法列表,屬性列表和協議列表,而且將分類中的方法列表,屬性列表和協議列表附加到rw中去
methodizeClass(cls);
}
複製代碼
在類初始化時,cls經過data()函數獲取到的實際上是class_ro_t,內部存放了類初始的方法列表、屬性列表和協議列表。若是當前的cls是普通的class,則經過calloc函數建立rw(class_rw_t),而後將rw中的ro指針指向原始的ro(class_ro_t),以後重置rw中的flags,而且將rw的內存地址保存到cls中的bits中去。而且,realizeClassWithoutSwift中首先是經過遞歸來初始化當前父類以及元類。最後才初始化當前類的。
建立完rw(class_rw_t)以後,則會從新整理cls中的方法列表、屬性列表和協議列表。具體methodizeClass函數源碼以下:
static void methodizeClass(Class cls){
bool isMeta = cls->isMetaClass();
auto rw = cls->data();
auto ro = rw->ro;
// 從ro中拿到baseMethodList
method_list_t *list = ro->baseMethods();
if (list) {
prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));
//將baseMethodList附加到rw的methods中去
rw->methods.attachLists(&list, 1);
}
// 從ro中拿到baseProperties
property_list_t *proplist = ro->baseProperties;
if (proplist) {
//將baseProperties附加到rw的properties中去
rw->properties.attachLists(&proplist, 1);
}
//從ro中拿到baseProtocols
protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols;
if (protolist) {
//將baseProtocols附加到rw的protocols中去
rw->protocols.attachLists(&protolist, 1);
}
//最後將全部Category的方法列表、屬性列表和協議列表附加到cls
category_list *cats = unattachedCategoriesForClass(cls, true /*realizing*/);
attachCategories(cls, cats, false /*don't flush caches*/); } 複製代碼
methodizeClass函數中首先會拿到ro中的方法列表,屬性列表和協議列表,而後將拿到的方法列表,屬性列表和協議列表經過對應的attachLists函數附加到rw中的二維數組中去。
void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
if (addedCount == 0) return;
//這裏以方法列表爲例
//array()->lists表示原來類中的方法列表
//addedLists表示全部Category中的方法列表
if (hasArray()) {
//獲取原來類中方法列表的長度
uint32_t oldCount = array()->count;
//獲得方法合併以後的新的數組長度
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
//給array從新分配長度爲newCount的內存空間
setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;
//將原來array()->lists中的數據移動到數組中oldCount的位置
//也就是至關於將array()->lists的數據在內存中日後移動了addedCount個位置
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists,
oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
//將Category中的方法列表copy到array()->lists中
//而且是從數組的起始地址開始存放
memcpy(array()->lists, addedLists,
addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
}
else if (!list && addedCount == 1) {
// 0 lists -> 1 list
list = addedLists[0];
}
else {
// 1 list -> many lists
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;
memcpy(array()->lists, addedLists,
addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
}
複製代碼
安裝完類自己實現的方法、屬性和協議以後,會繼續經過attachCategories函數拿到class的全部Category中的方法、屬性和協議列表,而後調用attachLists函數附加到rw中的二維數組中去
//將方法列表、屬性列表、協議列表附加到類中去
//假設cats中的全部的類別都是按順序進行加載和排序的,最先裝載進內存的類別是第一個
static void
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches)
{
if (!cats) return;
if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);
//用來判斷是不是元類
bool isMeta = cls->isMetaClass();
//申請連續內存空間,建立一個二維數組,裏面存放着全部的method_list_t
method_list_t **mlists = (method_list_t **)
malloc(cats->count * sizeof(*mlists));
//申請連續內存空間,建立一個二維數組,裏面存放着全部的property_list_t
property_list_t **proplists = (property_list_t **)
malloc(cats->count * sizeof(*proplists));
//申請連續內存空間,建立一個二維數組,裏面存放着全部的protocol_list_t
protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)
malloc(cats->count * sizeof(*protolists));
// Count backwards through cats to get newest categories first
int mcount = 0;
int propcount = 0;
int protocount = 0;
int i = cats->count;
bool fromBundle = NO;
//獲取到category_list以後,經過逆序遍從來取出Category內部的方法、屬性和協議列表
while (i--) {
auto& entry = cats->list[i];
//遍歷cls全部的category_t,將category_t中的method_list_t取出,存放到二維數組mlists中
method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
if (mlist) {
mlists[mcount++] = mlist;
fromBundle |= entry.hi->isBundle();
}
// 將category_t中的property_list_t取出,存放到二維數組proplists中
property_list_t *proplist =
entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
if (proplist) {
proplists[propcount++] = proplist;
}
//將category_t中的protocol_list_t取出,存放到二維數組protolists中
protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols;
if (protolist) {
protolists[protocount++] = protolist;
}
}
//拿到類對象cls的class_rw_t類型的成員data,它是可讀可寫的
auto rw = cls->data();
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
//將方法列表合併到rw的方法列表中去,而且插入到表頭位置
rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
free(mlists);
if (flush_caches && mcount > 0) flushCaches(cls);
//將屬性列表合併到rw的屬性列表中去,而且插入到表頭位置
rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
free(proplists);
//將協議列表合併到rw的協議列表中去,而且插入到表頭位置
rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
free(protolists);
}
複製代碼
具體的Category的附加操做在Objective-C基礎之三(深刻理解Category)中有詳細的說明。
由於是先附加的類自己實現的方法、屬性和協議,以後才附加的Category的方法、屬性和協議,而且attachLists操做從數組的頭部開始進行附加,因此先執行附加操做的方法、屬性和協議會放在數組的後面,所以上文中類自己實現的方法、屬性和協議確定存放在rw二維數組中的最後一個元素。
在瞭解方法緩存做用以前,先要了解方法底層是如何進行存儲的。OC中方法都是以method_t的形式存儲
//IMP其實就是函數的具體實現
typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...);
using MethodListIMP = IMP;
struct method_t {
SEL name; //方法名稱
const char *types; //方法的返回值和參數類型
MethodListIMP imp; //函數地址(指向函數的指針)
};
複製代碼
SEL表明着方法的名稱,也叫做方法選擇器,和c語言的char *結構相似,具體的定義以下
typedef struct objc_selector *SEL;
複製代碼
能夠經過@selector()函數和sel_registerName()函數獲取到對應的SEL
SEL res = sel_registerName("test:");
SEL res1 = @selector(test:);
複製代碼
能夠經過sel_getName()函數和NSStringFromSelector()方法來說SEL轉換成對應的字符串
SEL res = sel_registerName("test:");
SEL res1 = @selector(test:);
NSLog(@"%s %@", sel_getName(res), NSStringFromSelector(res));
複製代碼
其實不一樣類中若是定義了相同的方法,那麼經過@selector()函數和sel_registerName()獲取到的方法選擇器是同一個,在內存中只存在一份。
SEL res = sel_registerName("test:");
SEL res1 = @selector(test:);
//獲取方法選擇器的內存地址
NSLog(@"%p %p", res, res1);
複製代碼
types表示方法的返回值類型和參數類型,也是一個char *類型的字符串,這裏建立XLStudent,在XLStudent建立test方法以下:
@interface XLStudent : NSObject
- (int)test:(int)age height:(int)height;
@end
複製代碼
在OC中,每一個方法其實都有兩個默認的參數,id類型的self和SEL類型的_cmd,因此test方法本質上是如下的結構
int test(id self, SEL _cmd, int age, int height);
複製代碼
而後經過runtime的函數能夠獲取當前test方法的Encoding
XLStudent *student = [[XLStudent alloc] init];
Method method = class_getInstanceMethod([student class], @selector(test:height:));
NSLog(@"%s", method_getTypeEncoding(method));
複製代碼
最後獲得對應的types就是i24@0:8i16i20。其中每一位的含義以下
code | meaning |
---|---|
i | 表明返回值類型爲int |
24 | 表明全部參數所佔內存大小爲24個字節 |
@ | 表明方法的第一個參數是id類型 |
0 | 表明第一個參數地址從0開始 |
: | 表明第二個參數是一個方法選擇器(SEL) |
8 | 表明第二個參數地址從8開始,佔8個字節 |
i | 表明第三個參數是int類型 |
16 | 表明第三個參數地址從16開始,佔4個字節 |
i | 表明第四個參數是int類型 |
20 | 表明第四個參數地址從20開始,佔4個字節 |
在iOS中提供了一個@encode指令來獲取具體的類型所對應的字符串編碼
NSLog(@"%s", @encode(int));//運行結果爲 i
NSLog(@"%s", @encode(char));//運行結果爲 c
NSLog(@"%s", @encode(id));//運行結果爲 @
複製代碼
完整的Type Encoding列表以下
code | meaning |
---|---|
c | char |
i | int |
s | short |
l | long |
q | long long |
c | unsigned char |
I | unsigned int |
S | unsigned short |
L | unsigned long |
Q | unsigned long long |
f | float |
d | double |
B | C++ bool or C99 _Bool |
v | void |
* | A character string(char *) |
@ | An object(whether statically typed or typed id) |
# | class object(Class) |
: | method selecter(SEL) |
[array type] | An Array |
{name=type...} | A structure |
{name=type...} | A union |
bnum | A bit field of num bits |
^type | A pointer to type |
? | An unknown type |
上文中提到,在Class內部有個方法緩存cache_t,它的內部結構以下
struct cache_t {
struct bucket_t *_buckets; //散列表
mask_t _mask; //散列表的長度 - 1
mask_t _occupied; //已經緩存的方法數量
public:
mask_t mask(); //獲取當前_mask的值
mask_t occupied(); //獲取_occupied的值
mask_t capacity(); //獲取當前散列表的容量,也就是_mask + 1
struct bucket_t * find(SEL sel, id receiver); //以sel爲key到散列表中查找對應的bucket_t
}
複製代碼
cache_t內部主要有3個成員變量。
struct bucket_t {
private:
// IMP-first is better for arm64e ptrauth and no worse for arm64.
// SEL-first is better for armv7* and i386 and x86_64.
#if __arm64__
uintptr_t _imp; //存放了函數的內存地址 (在最新版本的源碼中,_imp不是直接存放函數內存地址)
SEL _sel; //方法選擇器SEL的地址做爲key
#else
SEL _sel;
uintptr_t _imp;
#endif
}
複製代碼
上文中所說的散列表其實就是相似一個數組,在散列表中存放着對應的bucket_t,具體的散列表的結構以下圖
有了散列表,接下來就是如何計算出索引,而後向指定的位置添加bucket_t,在cache_t中有個find函數,就是用來根據索引查找到指定的bucket_t的,以下
bucket_t * cache_t::find(SEL s, id receiver)
{
assert(s != 0);
//拿到整個散列表
bucket_t *b = buckets();
//拿到散列表的_mask
mask_t m = mask();
//根據SEL計算出開始的索引地址
mask_t begin = cache_hash(s, m);
mask_t i = begin;
do {
//若是經過begin索引找到的bucket_t中的SEL和參數中的SEL相等,則直接返回bucket_t的地址
if (b[i].sel() == 0 || b[i].sel() == s) {
return &b[i];
}
//若是begin位置的bucket_t不是咱們要找的,則將begin+1,繼續查找下一個索引地址,直到找到爲止
} while ((i = cache_next(i, m)) != begin);
// hack
Class cls = (Class)((uintptr_t)this - offsetof(objc_class, cache));
cache_t::bad_cache(receiver, (SEL)s, cls);
}
複製代碼
static inline mask_t cache_hash(SEL sel, mask_t mask)
{
return (mask_t)(uintptr_t)sel & mask;
}
複製代碼
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
return (i+1) & mask;
}
複製代碼
有一點要注意的是:cache_t中的_mask爲何要存放散列表長度-1?是由於經過SEL & _mask運算獲得的值永遠會小於等於_mask,也就是說(SEL & _mask) <= _mask。所以只有_mask的值爲散列表的長度-1才能保證不會產生數組越界。
首先,結合方法緩存,再來梳理一下iOS的方法調用流程
具體流程圖以下
以上就是方法緩存的完整流程,下面咱們就經過Demo來驗證咱們的結論。要想查看Class的內部結構,就須要對咱們建立的對象進行強制轉換,轉換成對應的結構體,須要用到的轉換工具類以下。建立XLClass.h,而後將如下代碼複製到XLClass.h中去。
//XLClass.h
#ifndef XLClass_h
#define XLClass_h
#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t; // x86_64 & arm64 asm are less efficient with 16-bits
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t SEL;
struct xl_class_data_bits_t {
// Values are the FAST_ flags above.
uintptr_t bits;
};
struct xl_bucket_t {
#if __arm64__
uintptr_t _imp;
SEL _sel;
#else
SEL _sel;
uintptr_t _imp;
#endif
};
struct xl_cache_t {
struct xl_bucket_t *_buckets;
mask_t _mask;
mask_t _occupied;
};
/* OC對象 */
struct xl_objc_object {
void *isa;
};
/* 類對象 */
struct xl_objc_class : mj_objc_object {
Class superclass;
xl_cache_t cache;
xl_class_data_bits_t bits;
};
#endif /* XLClass_h */
複製代碼
上述代碼實際上是將源碼中的部分函數和結構體的定義拿出來,從新封裝一下。以後經過強制轉換就可以查看對象的內部結構。此處還須要注意將main.m的後綴改爲main.mm,以便整個項目支持C++編譯。
以後建立XLPerson類,在類中增長以下方法
@interface XLPerson : NSObject
- (void)personMethond1;
@end
@implementation XLPerson
- (void)personMethond1{
NSLog(@"%s", __func__);
}
@end
複製代碼
而後建立XLPerson類的子類XLTeacher,在XLTeacher中增長如下方法
@interface XLTeacher : XLPerson
- (void)teacherMethond1;
- (void)teacherMethond2;
- (void)teacherMethond3;
- (void)teacherMethond4;
- (void)teacherMethond5;
- (void)teacherMethond6;
- (void)teacherMethond7;
- (void)teacherMethond8;
@end
@implementation XLTeacher
- (instancetype)init
{
self = [super init];
if (self) {
NSLog(@"%s", __func__);
}
return self;
}
- (void)teacherMethond1{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond2{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond3{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond4{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond5{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond6{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond7{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)teacherMethond8{
NSLog(@"%s", __func__);
}
@end
複製代碼
在main函數中建立XLTeacher對象,而後轉換成對應的mj_objc_class結構體
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
XLTeacher *teacher = [XLTeacher alloc];
[teacher teacherMethond1];
// [teacher personMethond1];
// [teacher teacherMethond2];
// [teacher teacherMethond3];
// [teacher teacherMethond1];
// [teacher teacherMethond1];
// [teacher teacherMethond4];
// [teacher teacherMethond5];
// [teacher teacherMethond6];
// [teacher teacherMethond7];
// [teacher teacherMethond8];
NSLog(@"-------------散列表------------");
//將XLTeacher轉換成mj_objc_class
xl_objc_class *teacherClass = (__bridge xl_objc_class *)[teacher class];
//獲取緩存cache_t
xl_cache_t cache = teacherClass->cache;
//拿到緩存中的散列表
xl_bucket_t *buckets = cache._buckets;
//打印散列表的內容
for (int i = 0; i < cache._mask + 1; i++) {
xl_bucket_t bt = buckets[i];
NSLog(@"index:%d --- sel:%p --- imp:%lu", i,bt._sel, bt._imp);
}
NSLog(@"111");
}
return 0;
}
複製代碼
2020-01-08 14:28:25.583428+0800 Test[652:4619102] -[XLTeacher teacherMethond1]
2020-01-08 14:28:25.583919+0800 Test[652:4619102] -------------散列表------------
2020-01-08 14:28:25.583989+0800 Test[652:4619102] index:0 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:28:25.584024+0800 Test[652:4619102] index:1 --- sel:0x100001e49 --- imp:0
2020-01-08 14:28:25.584049+0800 Test[652:4619102] index:2 --- sel:0x0 --- imp:11928
2020-01-08 14:28:25.584068+0800 Test[652:4619102] index:3 --- sel:0x1 --- imp:4301329584
複製代碼
其中0x100001e49表示@selector(teacherMethond1)選擇器的內存地址,經過如下方式打印出@selector(teacherMethond1)的內存地址,發現也是0x100001e49,所以就能夠判定teacherMethond1方法被存放到了散列表索引爲1的位置。
SEL method1 = @selector(teacherMethond1);
NSLog(@"%p",method1);
複製代碼
2020-01-08 14:54:23.713899+0800 Test[1383:4643955] -[XLTeacher teacherMethond1]
2020-01-08 14:54:23.714313+0800 Test[1383:4643955] -[XLTeacher teacherMethond2]
2020-01-08 14:54:23.714427+0800 Test[1383:4643955] -------------散列表------------
2020-01-08 14:54:23.714484+0800 Test[1383:4643955] index:0 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:23.714525+0800 Test[1383:4643955] index:1 --- sel:0x100001e49 --- imp:11976
2020-01-08 14:54:23.714557+0800 Test[1383:4643955] index:2 --- sel:0x100001e59 --- imp:12024
2020-01-08 14:54:23.714587+0800 Test[1383:4643955] index:3 --- sel:0x1 --- imp:4345415488
複製代碼
2020-01-08 14:54:53.400791+0800 Test[1399:4644780] -[XLTeacher teacherMethond1]
2020-01-08 14:54:53.401206+0800 Test[1399:4644780] -[XLTeacher teacherMethond2]
2020-01-08 14:54:53.401433+0800 Test[1399:4644780] -[XLTeacher teacherMethond3]
2020-01-08 14:54:53.401527+0800 Test[1399:4644780] -------------散列表------------
2020-01-08 14:54:53.401579+0800 Test[1399:4644780] index:0 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:53.401613+0800 Test[1399:4644780] index:1 --- sel:0x100001e69 --- imp:11952
2020-01-08 14:54:53.401679+0800 Test[1399:4644780] index:2 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:53.401705+0800 Test[1399:4644780] index:3 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:53.401736+0800 Test[1399:4644780] index:4 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:53.401765+0800 Test[1399:4644780] index:5 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:53.401792+0800 Test[1399:4644780] index:6 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:54:53.401818+0800 Test[1399:4644780] index:7 --- sel:0x1 --- imp:4301259200
複製代碼
static void cache_fill_nolock(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver)
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
if (!cls->isInitialized()) return;
if (cache_getImp(cls, sel)) return;
cache_t *cache = getCache(cls);
// Use the cache as-is if it is less than 3/4 full
mask_t newOccupied = cache->occupied() + 1;
mask_t capacity = cache->capacity();
if (cache->isConstantEmptyCache()) {
// Cache is read-only. Replace it.
cache->reallocate(capacity, capacity ?: INIT_CACHE_SIZE);
}
else if (newOccupied <= capacity / 4 * 3) {
// 若是散列表中,當前已緩存的方法數量+1小於等於總長度的3/4,則繼續使用當前散列表
// Cache is less than 3/4 full. Use it as-is.
}
else {
// 若是散列表中,當前已緩存的方法數量+1大於總長度的3/4,則對當前散列表進行擴容
cache->expand();
}
//散列表的最小長度爲4
bucket_t *bucket = cache->find(sel, receiver);
if (bucket->sel() == 0) cache->incrementOccupied();
bucket->set<Atomic>(sel, imp);
}
複製代碼
散列表的最小長度爲4,若是散列表中已緩存的方法數量+1大於散列表長度的3/4,則調用expand函數對散列表進行擴容,容量擴大爲原來容量的2倍
void cache_t::expand()
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
uint32_t oldCapacity = capacity();
//將新的容量擴充爲原來容量的2倍
uint32_t newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;
if ((uint32_t)(mask_t)newCapacity != newCapacity) {
newCapacity = oldCapacity;
}
//從新分配內存
reallocate(oldCapacity, newCapacity);
}
複製代碼
2020-01-08 14:53:04.754352+0800 Test[1353:4642077] -[XLTeacher teacherMethond1]
2020-01-08 14:53:04.754734+0800 Test[1353:4642077] -[XLPerson personMethond1]
2020-01-08 14:53:04.754823+0800 Test[1353:4642077] -------------散列表------------
2020-01-08 14:53:04.754885+0800 Test[1353:4642077] index:0 --- sel:0x0 --- imp:0
2020-01-08 14:53:04.754921+0800 Test[1353:4642077] index:1 --- sel:0x100001e49 --- imp:11976
2020-01-08 14:53:04.754951+0800 Test[1353:4642077] index:2 --- sel:0x100001e31 --- imp:11384
2020-01-08 14:53:04.754979+0800 Test[1353:4642077] index:3 --- sel:0x1 --- imp:4301540624
複製代碼
struct bucket_t {
private:
#if __arm64__
uintptr_t _imp;
SEL _sel;
#else
SEL _sel;
uintptr_t _imp;
#endif
public:
inline SEL sel() const { return _sel; }
inline IMP imp() const {
if (!_imp) return nil;
return (IMP)
ptrauth_auth_and_resign((const void *)_imp,
ptrauth_key_process_dependent_code,
modifierForSEL(_sel),
ptrauth_key_function_pointer, 0);
}
複製代碼
以上兩個問題尚未找到具體的解釋,若是有知道的同窗,歡迎不吝賜教。
以上內容純屬我的理解,若是有什麼不對的地方歡迎留言指正。
一塊兒學習,一塊兒進步~~~