iOS底层原理探究(1)

前言

        作为一个在iOS领域5年以开发经验的我,只会面向搜索引擎编程,control + C与 control + V内心是迷茫和慌乱的。奔三的钟声已经响起了,摆在自己身边只有两条路,要不深入学习中高级到底需iOS的技术栈,提高自己的竞争力。要不转行,产品,项目,测试,或者干脆换个行业。

        看了标题,读者老爷们已经知道了我的选择。iOS底层是作为一个iOS开发中高级的level必备的技术栈。

         底层,在两年前有类似的文章了,作为一个只会花View的菜鸡来说不屑一顾,感觉实际开发中用不上。可现实是作为中高级的level这是标配。那就开始亡羊补牢吧

        我也希望和我有相同经历的同胞们早做自己的选择。毕竟30岁是个尴尬的年级。废话不多说了,开始探究,祝大家前程似锦。

深入底层的大门在哪?

底层,顾名思义,已经被应用层代码封装好了,既然要学习底层。我们一定要借助断点这个,从栈中分析。  

main函数:

main.m文件位置

main函数是iOS入口,也就是项目中的main.m文件

main函数方法

在main函数方法中,加入断点,运行发现main函数之前还有start方法,运行main函数之前会做什么呢?我们利用符号断点一探究竟?

符号断点:

1.添加符号断点的方法

符号断点设置
符号断点名称加入
启动前三个符号断点


将启动前三个符号断点添加,添加之后一定要吧上图的按钮取消选中,否则无法打印完整运行中的方法。启动运行:

libSystem:

libSystem

libdispatch_init:

libdispatch_init

_objc_init:

_objc_init

通过上面三图的断点截图可以得知加载流程:

第一步:dyld 启动加载各种动态库(libSystem,libdispatch,libobjc

第二步:加载 类,分类,方法,协议,属性,对象,

第三步:加载runtime,runloop,KVC,KVO等等。

通过符号断点我们知道了如何深入底层探究。在完整的探究中,符号断点的应用是必不可少的。

对象的创建(alloc):

对象地址与指针:

第一个打印内容是对象,第二个打印内容的是指向的对象的内存地址,第三个是本身变量自身占用内存的地址。

由此可知三个变量都指向同一片内存区域 LGPerson的实体对象地址。

接下来我们要探究的是alloc这个方法到底做了哪些?

苹果开源库libobjc源码:

探究底层需要用到苹果的凯源代码库,alloc方法是libobjc源码中的方法。可以从源码探究 ,开源网址:https://opensource.apple.com/tarballs/


有了源码,问题来了?这么多开源库我们是如何得知我要探索的 方法用到了对象的哪个库?

通过断点深入源码的三种方法

1.通过符号断点(添加alloc符号断点)

1.先把alloc符号断点取消,在自己的对象alloc执行方法时学选中断点,运行

2.进入alloc断点,切到符号符号断点alloc,

3.点击进入_objc_rootAlloc断点方法,最后得知用到libobjc的开源库。

2.通过control进入断点方法查询

1.在alloc执行方法打断点,按Conrol键按钮会变为进入断点按钮,进入栈信息。

2.在符号断点加入,源码方法:objc_alloc,将objc_alloc加入符号断点,并切入此断点

3.点击进入objc_alloc断点方法得知用到libobjc的开源库

2.通过汇编信息方法查询

1.在alloc执行方法打断点,运行到断点处 ,展示汇编代码,下面的截图是展示汇编方法的设置:

2.通过调用方法callq 得知源码执行方法objc_alloc,同样采用符号断点加入objc_alloc(和第二种相同)

3.后边操作和第二种方法相同。

汇编代码一探究竟

得知alloc方法用到了libobjc的库,可以访问苹果开源代码网址:https://opensource.apple.com/tarballs/,下载objc代码

1.在下载的项目搜索alloc {

通过源码得知了三个方法:在我们可以运行的项目中,将方法加入符号断点。

1.在符号断点中加入源码的方法,运行测试

探究如何创建对象?

在_objc_rootAllocWithZone中得知_class_createInstanceFromZone方法

_class_createInstanceFromZone方法

_class_createInstanceFromZone方法

通过源码解读,alloc创建对象大致分为三步:

1.告知系统,分配多少内存:instanceSize

2.开辟内存,得到指针:calloc

3.类和指针绑定:initInstanceIsa

对象内存分配规则

想要得知内存分配规则必须要深入instanceSize 方法

通过instanceSize方法继续深入:cache.fastInstanceSize(extraBytes);

通过此方法追踪到核心方法为align16这个方法

align16的方法涉及到了位运算一些知识:我会在最后补充:

我们将x = 8代入此方法解读:

x为8的的距离运算

(size_t(8) + size_t(15)) & ~size_t(15)

1. 左括号:8+15 = 23

2.23转化为二进制:0000 0000 0001 0111

3.15转化为二进制: 0000 0000 0000 1111

4.15的的取反(~):    1111  1111    1111    0000

5.(23的二进制)与(15的二进制取反)进行与运算(&):0000 0000 0001 0000

6. 0000 0000 0001 0000 转化为二进制为: 16  因此方法返回: 16字节对齐

因此得知一个对象最少会占用16字节,我们无论再添加超过16字节的变量一定是16的倍数。  

为什么要采用16字节对齐:

1.对象的本质是一个结构体 ,会创建一个isa占用8字节,避免内存紧挨,读取安全,

2.I/O读取耗时,采用相同的内存区域划分效率高。

总结alloc执行方法:

1.告知系统申请多少内存:instanceSize

2.开辟内存拿回指针 :calloc

3.类和指针绑定:initInstanceIsa

init ,new方法深入:

1.init:重写构造方法,为用户提供入口

2.new:同时执行alloc,init方法

编译器优化:

会省略频次不必要的代码

Tip二进制与十进制的互相转化

1.十进制转二进制:

1.首先用2整除一个十进制整数,得到一个商和余数(整除的到是0,无法整除代表)

2.然后再用2去除得到的商,又会得到一个商和余数

3.重复操作,一直到商为小于1时为止

4.然后将得到的所有余数全部排列起来,再将它反过来(逆序排列),切记一定要反过来

二进制转十进制:


二进制转为十进制要从右到左用二进制的每个数去乘以2的相应次方,小数点后则是从左往右。

如果首位是0就表示正整数,如果首位是1则表示负整数,正整数可以直接换算,负整数则需要先取反再换算。

因为计算机内部表示数的字节单位是定长的。如8位、16位、32位。所以位数不够时,高位补零。

如要想二进制00101010转为十进制,因为以0开头,所以这是正整数,计算如下所示:


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