iOS底层原理之方法缓存

方法缓存

struct objc_class {
  Class isa;
  Class superclass;
  cache_t cache; //方法缓存
  class_data_bits_t bits;//用于获取具体的类信息
};

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; 
};

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;
#endif
    const 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;
};

• class中有isa指针,superClass,cache方法缓存,bits具体的类信息.
• bits和FAST_DATA_MASK指向一个新的结构体class_rw_t,里面包含着methods方法列表,properties属性列表,protocols协议列表,class_ro_t类的初始化信息等一些类信息.

class_rw_t

class_rw_t中的methods方法列表,properties属性列表都是二维数组,是可读可写的,包含类的初始内容,分类内容.

class_ro_t

class_ro_t里面的baseMethodList,baseProtocols,ivars,baseProperties是一维数组,是只读的,包含类的初始化内容.

method_t

method_t是对方法的封装

 struct method_t {
    SEL name;//函数名
    const char *types;//编码(返回值, 参数类型)
    IMP imp;//指向函数的指针(函数地址)
 };

IMP

IMP代表函数的具体表现

typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...);

第一个参数是指向self的指针(如果是实例方法,则指向类实例的内存地址;如果是类方法,则指向元类的指针), 第二个参数是方法选择器(selector).

SEL

SEL代表方法名,一般叫做选择器,底层结构跟char *类似

• 可以通过@selector()和sel_registerName()获得
• 可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
• 不同类中相同名字的方法,所对应的方法的选择器是相同的
• 具体实现 typedef struct objc_selector *SEL

types

types包含了函数返回值,参数编码的字符串
结构为: 返回值 参数1 参数2...参数N
iOS中提供了一个叫做@encode的指令,可以将具体的类型表示成字符串编码

例如

- (int)test:(int)age height:(float)height;
// "i24@0:8i16f20"
//0id 8SEL 16int 20float

每一个方法都有两个默认参数self和_msg我们可以查到id类型为@,SEL类型为:

• 第一个参数i : 返回值
• 第二个参数@ : id类型的self
• 第三个参数: : SEL类型的_msg
• 第四个参数i : int age
• 第五个参数f : float height

其中加载的数字是和所占字节有关

• 24 : 总共所占的字节
• @0 : id类型的self的起始位置为0
• :8 : id类型的self占用8字节,所以SEL类型的_msg的起始位置为8

方法缓存

Class内部结构中有一个方法缓存cache_t,用散列表(哈希表)来缓存之前调用过的方法,可以提高方法的查找速度.

struct  cache_t {
  struct bucket_t *_buckets;//散列表
  mask_t _mask;//散列表的长度 -1
  mask_t _occupied;//已经缓存的方法数量
};

struct bucket_t {
  cache_key_t _key;//SEL作为key
  IMP _imp;//函数的内存地址
}

cache_t结构体里面有三个元素

• _buckets散列表,是一个数组,数组里面的每一个元素就是一个bucket_t,bucket_t里面存放两个
  • _key SEL作为key
  • _imp 函数的内存地址
• _mask 散列表的长度
• _occupied 已经缓存的方法数量

为什么会用到方法缓存?

如果一个类有多个父类,需要调用父类方法,查找路径是:

1. 先遍历自己所有的方法
2. 如果在自己类中找不到方法,则遍历父类所有的方法,没有找到调用方法之前,一直重复该动作,如果每一次方法调用都是走这样的步骤,对于系统级方法来说,还是比较消耗资源的,为了解决这个问题,出现了方法缓存,调用过的方法都放在缓存列表中,下次查找方法时,优先在缓存方法中查找,如果缓存中查找不到,然后再执行上面的查找流程.