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ObjC Runtime简析

ObjC是一门动态性比较强的编程语言,而这一系列的动态性就是依赖于Runtime来支撑的。

isa指针

在iPhone cpu 使用arm64架构之前,isa指针就是一个Class类型的普通指针,存储着Class、Meta-Class的内存地址。在这之后apple对isa指针进行了优化,利用位域的技术,将isa指针换成了一个union(共用体)。arm64架构之后的isa指针每一位都存储着不同的信息,在isa的union中有一个结构体表示了每一位对应的含义。

isa指针

Class

在runtime源码中class的定义为:

其中我们可以看到通过bits的data()函数可以获取到一个class_rw_t的结构体指针。class_rw_t结构体中存放着我们熟悉的东西:方法列表、属性列表和协议列表等。除此之外还有一个class_ro_t的结构体指针,它指向的结构体拥有与class_rw_t结构体类似的结构,也存放有方法列表、协议列表,初次之外还有成员变量列表等数据。

通过class_rw_tclass_ro_t的名字我们可以看出,rw代表的是可读可写的结构,而ro则代表只读的结构。

总体上说class的结构可以用下图表示

class_ro_t

class_rw_t中方法列表、属性列表、协议列表都是xxx_array_t二维数组,而class_ro_t中的方法列表,协议列表等都是xxx_list_t的一维数组。class_rw_t中的二维数组中的存放的就是许多xxx_list_t的一维数组。这些一维数组可能是来自原始类(class_ro_t中存放的是类的原始的信息),也可能是来自category。

method_t

对于methodlist而言,一个方法就是method_list_t的一个元素,其关系可以用下图表示:

method_t存放的位置

也就是说method_t才方法列表中存储的最小元素。method_t的是一个结构,它是对方法/函数的封装。

method_t

method_t有方法名称(name)、返回值类型和参数类型的编码(types)、指向函数的指针(imp)。

name

name 就是方法的名称,它是SEL类型的。SEL就是selector是方法选择器,它是根据方法名字生成的,本质上就是一个字符串,跟方法存放的位置无关。也就是说不同类中相同名字的方法的方法选择器是一样的。

获取SEL的方法可以使用@selector()或者runtime api中的sel_registerName()获得。使用sel_getName()或者NSStringFromSelector()将其转换为字符串。

types

types 包含了函数返回值和参数编码的字符串。它就是一个字符串,将函数返回值类型和参数类型按照一定的编码规则生成的一个字符串。可以使用@encode()将具体类型表示成字符串编码。

apple提供的编码规则如下:

types的编码规则

imp

imp在runtime中的定义如下:

正如其注释所说:这是一个指向方法实现的函数指针。

方法缓存

我们知道平时我们进行方法调用的时候不可能一直按照从isa指针开查找方法的规则来查找方法的实现的。runtime定义的类中有一个方法缓存,这里面缓存了调用过的方法。当我们调用方法的时候runtime会首先从缓存中查找有没有方法的实现被缓存过。如若有,则直接通过缓存取出方法进行调用,如果没有则再按照isa指针的流程进行方法实现的查找。

方法缓存

方法缓存是使用散列表实现的。SEL作为散列表的key,IMP和SEL作为散列表的value。

通过上图我们也可以看出_buckets是一个数组,数组中存放了方法缓存的散列表。那么是如何从方法缓存中取出方法来的呢?如果是遍历查找的话,效率是非常低的,apple利用了一种算法,它利用@selector(method_name)和mask(buckets的长度减一)进行一次按位与运算得出一个下标,然后将方法缓存存放到这个下标对应的位置,同样取缓存的时候也是进行了这样一次操作。这样一来效率就提高了,但是整个数组中会出现一些没有用到的空位置,所以这是一种利用空间来换时间的算法。

查找缓存

END

本篇简单的介绍了Runtime中关于isa、class、以及方法缓存的相关问题。下篇介绍obj方法调用的相关问题。

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