iOS底层-类的底层原理（二）

前言

继 类的底层原理（一） 的探索后，已理解 isa指针指向 和 类的结构 。下面继续探索类的底层原理，并做相应的补充。

准备工作

WWDC-关于 runtime 的改进优化

LLVM源码

成员变量的底层原理

在分析 类的底层原理（一） 时，只分析了 properties 和 methods。

• properties 和 methods 都在 class_rw_t 中。

• 而成员变量 ivars 存在于class_rw_t 的 ro()中，也就是 class_ro_t 。

class_ro_t 结构如下：

案例一

通过案例分析 ivars ，添加如下代码 ：

打印结果：

此时，ivars 都存在于 ivar_list_t 中，使用C++数组 get() 获取每个成员变量。

成员变量、属性、实例变量的区别

• 成员变量在类的 {} 中，以 基本数据类型 声明的变量，例如：NSString、int、float、double、char、bool。

• 属性是用 @property 修饰的，在底层会变成 _ 方式的 成员变量 ，也会自动生成 get 和 set 方法。 属性 = _成员变量 + set + get

• 实例变量是以 对象类型 声明的 (特殊的成员变量)，例如 NSObject *p，p 就是实例变量。

案例二

1. 创建一个 Project，添加如下代码：

2.通过 clang 编译并查看编译文件：

$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

属性在编译时会变成 _的成员变量，并生成对应的 set 和 get 方法。

但是其 set 实现方式却不一样：

• name 是通过 objc_setProperty 方法实现的

• 而 address 和 age 则是通过内存地址偏移的方式存储的

为什么会不一样？name 是 copy 修饰，猜想是和 copy 修饰符有关。

分析 objc_setProperty

为什么会有 objc_setProperty 的存在？

当创建一个 属性 时，调用 set 存数据时，不可能每创建一个 属性 就在底层生成一个对应的 set 方法，这样对内存开销太大了。于是就有了 objc_setProperty 方法，不管上层是什么 set 方法，统一调用 objc_setProperty 方法。这个过程就是 SEL → IMP 过程。

SEL 就是方法名字，IMP 就是底层方法实现。

由于 objc_setProperty 是需要在编译时直接创建，所以 objc_setProperty 需要去 LLVM源码 中查找。

1. 定位 objc_setProperty 方法

2. 定位 getSetPropertyFn 方法

3. 定位 GetPropertySetFunction 方法

GetPropertySetFunction 方法调用，是在 switch 选择 strategy.getKind() 为 PropertyImplStrategy::GetSetProperty 或者 PropertyImplStrategy::SetPropertyAndExpressionGet 时执行的。

那么 strategy 是什么意思？什么时候给它赋值？每个 case 都有什么意义？

4. 分析 PropertyImplStrategy

5. PropertyImplStrategy 构造函数

结论：

• 只要是设置了 copy 属性，不管是不是原子性，都没有影响，set 方法都会被重定向到objc_setProperty 。

• 如果不设置属性（除原子性之外），那么默认属性是 strong ，不会触发 objc_setProperty。

分析 objc_getProperty

同样 objc_getProperty 也需要去 LLVM源码 中查找。

1. 定位 objc_getProperty 方法

2. 定位 getGetPropertyFn 方法

3. 定位 GetPropertyGetFunction 方法

类方法的底层原理

lldb 验证流程如下：

总结：

• 对象方法 存储在自身 类 中

• 类方法 存储在 元类 中，并且以 对象方法 存在于 元类 中。

• 没有所谓的 类方法 之说，所有的方法都是 对象方法，其底层都是 函数。

补充：类型编码 TypeEncoding

在上面的 main.cpp 中，搜索 setName 发现有一些奇奇怪怪的符号。

其中 "v24@0:8@16"、"@16@0:8" 其实是 类型编码 。下面具体看一下什么是 类型编码。

官网关于 TypeEncoding 的解释。归根结底，其实就是对照着下面的 符号表 去分析编码代码。

TypeEncoding符号表

那么以上面 setName 为例，具体分析 v24@0:8@16 的实际意义。

补充：面试题

1. 为什么获取 元类 的 类方法 也可以得到 类方法？（已证明：类方法 以 对象方法 形式存储在 元类 中）

打印结果如下：

分析底层方法：

分析得出：所谓的 类方法 其实就是获取 元类 的 对象方法 。

分析 getMeta() 方法：

分析得出：如果是 元类 ，则返回 元类本身 ，否则返回 元类isa。这就是为什么获取 元类 的 类方法 也可以得到 类方法的原因。

2. 关于 isKindOfClass

案例分析：

打印结果：

并且也在源码中找到 isMemberOfClass 和 isKindOfClass 方法，也打上断点，来具体分析其原理：

但是执行过程中，却没有执行 isKindOfClass 方法，只执行了 isMemberOfClass 方法。先来分析 isMemberOfClass

isMemberOfClass

分析源码如下：

• + isMemberOfClass: 是获取类的 元类 与 类 进行比较

• - isMemberOfClass: 是获取 类对象 与 类 进行比较

分析上图代码：

• re1 是 NSObject 调用 + isMemberOfClass: 与 NSObject 比较。因此 NSObject元类与 NSObject 并不相等，所以是0。
• re3 是 ZLObject 调用 + isMemberOfClass: 与 ZLObject 比较。因此 ZLObject元类与 ZLObject 并不相等，所以是0。
• re5 是 NSObject对象 调用 - isMemberOfClass: 与 NSObject 比较。因此 NSObject对象 的类是NSObject，与 NSObject 相等，所以是1。
• re7 是 ZLObject对象 调用 - isMemberOfClass: 与 ZLObject 比较。因此 ZLObject对象 的类是ZLObject，与 ZLObject 相等，所以是1。

isKindOfClass

上述案例中，isKindOfClass 没有执行，只有 isMemberOfClass 相关方法执行了。这是什么原因呢？

具体分析汇编才知道，isKindOfClass没有执行的原因是底层执行了 objc_opt_isKindOfClass 方法。

具体分析 objc_opt_isKindOfClass：

在上面的代码中，不管上层调用的是 + isKindOfClass: 还是 - isKindOfClass:，内部都会重定向到 objc_opt_isKindOfClass 这个方法。因为 类 其本质也是一个对象，我们称之为 类对象。所以obj每次都有值。

分析源码如下：

• 如果是类：首先获取类的元类 与 类 比较。相等则返回true。如果不相等，再获取类的 父类 与 类 比较，相等则返回true。否则循环找 父类 与 类 比较，直到获取到的父类为 nil，依旧没有找到则返回false。

• 如果是实例对象，首先获取 类 与 类 比较。相等则返回true。否则和 类 的步骤一样。

分析上图代码：

• re2 是 NSObject 的类，获取 元类 与 NSObject 不等，继续寻找获取 元类的父类 为 NSObject 与 NSObject 相等，返回1。
• re4 是 ZLObject的类，获取 元类 与 ZLObject 不等，继续寻找获取 元类的父类 为 NSObject的元类 依旧不等，继续往上 NSObject元类的父类 为 NSObject 依旧不等，再往上就是nil ，最后返回0。
• re6 是 NSObject对象，获取 类 为 NSObject，与NSObject相等，返回1。
• re8 是 ZLObject对象，获取 类 为 ZLObject，与NSObject相等，返回1。