Objective-C RunTime 学习笔记 之 基础结构体

1、OC 运行期常用对象结构体

　　基本的结构体定义

　　typedef objc_class Class; /* 类 */

　　typedef objc_object *id; /* 各种类型，只要第一个字段为isa_t 即可，兼容Class */

1.2) isa_t 联合体定义

union isa_t  {
  Class cls;
  uintptr_t bits; /* unsigned long 无符号长整形，8个字节 */
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
# if __arm64__
  struct {
    uintptr_t indexed      : 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;
  };
# elif __x86_64__
  struct {
    uintptr_t indexed      : 1;
    uintptr_t has_assoc     : 1;
    uintptr_t has_cxx_dtor   : 1;
    uintptr_t shiftcls     : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
    uintptr_t magic       : 6;
    uintptr_t weakly_referenced : 1;
    uintptr_t deallocating   : 1;
    uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
    uintptr_t extra_rc     : 8;
  };
# else
#  error unknown architecture
# endif
#endif
};

当64位下，使用 extra_rc 来存储引用计数，如果超出则同时将extra_rc的一半移到SideTable中。

1.3) objc_object/objc_class 结构体定义

/* Foundation 对象 */
struct objc_object {
private:
     isa_t isa; // 仅仅定义了isa的联合体
    /* ... 省略各种方法 */
}

/* 类 */
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
  /* ...省略各种方法 */
}

　　可以看到无论是类还是对象，第一个字段为 isa_t ，在实例对象中指向类(存放实例变量内存布局、方法列表、属性列表、协议列表)，而类则指向元类(类的方法列表、属性列表、协议列表)。class中有一个关键的结构体 class_data_bits_t

1.4) class_data_bits_t 结构体定义

struct class_data_bits_t {
    // Values are the FAST_ flags above.
    uintptr_t bits;   
    /* 不同的位域存储不同的FLAG 和 class_rw_t 结构体的指针 */
    /* 省略各种方法 */
 }

　　在bits字段中，除了指向一个运行期的结构体 class_rw_t, 还在低4位标注了一些标识

　　bits(低4位注明一些FAST flag(64 位)) 说明：

• 　　a) calloc与malloc 分配的内存，在64位下，返回的有效地址为，从低到高的位顺序位 5-44位为有效值，因此，高20位与低4位为无效字段，可以通过这些字段进行存储有效值。
• 　　#define FAST_DATA_MASK     0x00007ffffffffff8UL class_rw_t  指针地址位掩码64位下, malloc/calloc 低5位到44位为有效地址空间)
• 　　b) 第一位如果为1(#define FAST_IS_SWIFT      (1UL<<0)) 意味着是swift class
• 　　c) 第二位如果为1(#define FAST_HAS_DEFAULT_RR   (1UL<<1)) 意味着有默认的实现 retain/release/autorelease/retainCount
• 　　d) 第三位如果为1(#define FAST_REQUIRES_RAW_ISA  (1UL<<2)) 意味着类的默认的实现 alloc/allocWithZone:

1.5) class_rw_t/class_ro_t 结构体定义

struct class_rw_t {
  uint32_t flags; 　　　　　　　　　/* 定义flag集合 */
  uint32_t version; 　　　　　　　　/* 类的版本，貌似元类为7，普通类为0 */
  const class_ro_t *ro; 　　　　　 /* 这个结构体存放的编译期实例变量的布局以及实例变量的size、方法列表、属性列表、协议列表 */
  method_array_t methods;        /* 实例方法数组 */
  property_array_t properties;   /* 实例属性数组 */
  protocol_array_t protocols;    /* 协议数组 */
  Class firstSubclass;
  Class nextSiblingClass;
  char *demangledName;        　　/* 类名 */
　　/* 省略各种方法 */
}

struct class_ro_t {
  uint32_t flags;
  uint32_t instanceStart;      　　　 /* 实例变量开始的偏移量 */
  uint32_t instanceSize;       　　　 /* NSObject 类需要分配的字节数 */
#ifdef __LP64__
  uint32_t reserved;
#endif
  const uint8_t * ivarLayout;     　　/* 布局 */   
  const char * name;
  method_list_t * baseMethodList;    /* 本次实现方法列表 */
  protocol_list_t * baseProtocols;   /* 本次实例协议列表 */
  const ivar_list_t * ivars;     　　 /* 本次实例变量列表 */
  const uint8_t * weakIvarLayout;    /*本次 弱引用变量布局 */
  property_list_t *baseProperties;   /* 本次属性列表 */
  /* 省略各种方法 */
 }

　　这个结构体 class_rw_t 中flags存放着运行期的一系列标识位，class_ro_t 是在编译期确定的结构，里面存放着实例变量的内存布局，这也是为什么在类定义好，不能在运行期加入实例变量的原因(通过 objc_allocateClassPair 除外，但是当调用 objc_registerClassPair 后也不允许加入实例变量)，通过clang -rewrite-objc 可以看到大量的class_ro_t结构体定义，或者通过otool工具也可以查看编译后的 class_ro_t 结构。

class_rw_t 中 methods存放了所有本次定义的方法以及分类的方法，分类的方法加入到了数组的最前端，这也是为什么分类方法会覆盖掉类原始定义的方法，因为在通过LC_XXX命令加载镜像时，_read_images 会先加载类定义的方法，然后在加载分类的方法。

实验： 使用 otool -o 输出 iOS app 段，可以明显看到 class_ro_t 定义

/* 使用otool -o 输出iOS app 中的段 */
Contents of (__DATA,__objc_classlist) section
014a8048 0x16a2200
           isa 0x16a2214
    superclass 0x16ba2b0
         cache 0x0
        vtable 0x0
          data 0x14ace5c (struct class_ro_t *)
                    flags 0x90
            instanceStart 4
             instanceSize 8
               ivarLayout 0x0
                     name 0x1108c74 HNAHiHomePageControl
              baseMethods 0x14acdf8 (struct method_list_t *)
		   entsize 12
		     count 4
		      name 0x1036ddc initWithFrame:
		     types 0x11248c5 @24@0:4{CGRect={CGPoint=ff}{CGSize=ff}}8
		       imp 0xaa21
		      name 0x1036e6a drawRect:
		     types 0x11248ee v24@0:4{CGRect={CGPoint=ff}{CGSize=ff}}8
		       imp 0xaa6d
		      name 0x1036e74 dotCornerRadius
		     types 0x1124917 f8@0:4
		       imp 0xacf1
		      name 0x1036e84 setDotCornerRadius:
		     types 0x112491e v12@0:4f8
		       imp 0xad01
            baseProtocols 0x0
                    ivars 0x14ace30
                    entsize 20
                      count 1
			   offset 0x168eda8 4
			     name 0x1036e98 _dotCornerRadius
			     type 0x1124928 f
			alignment 2
			     size 4
           weakIvarLayout 0x0
           baseProperties 0x14ace4c
                    entsize 8
                      count 1
			     name 0x117a230 dotCornerRadius
			attributes 0x117a240 Tf,N,V_dotCornerRadius
Meta Class
           isa 0x0
    superclass 0x16ba2c4
         cache 0x0
        vtable 0x0
          data 0x14acdd0 (struct class_ro_t *)
                    flags 0x91 RO_META
            instanceStart 20
             instanceSize 20
               ivarLayout 0x0
                     name 0x1108c74 HNAHiHomePageControl
              baseMethods 0x0 (struct method_list_t *)
            baseProtocols 0x0
                    ivars 0x0
           weakIvarLayout 0x0
           baseProperties 0x0