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iOS底层原理 - isa和superclass

问题:对象的isa指针指向哪里?

一.isa指针

instance的isa指针指向class。
当调用对象方法时,通过instance的isa指针找到class,最后找到对象方法的实现进行调用。

class的isa指针指向meta-class。
当调用类方法时,通过class的isa指针找到meta-class,最后找到类方法的实现进行调用。


二.class的superclass

2.1 class对象的superclass指针

当Student的instance对象要调用Person的对象方法时,会先通过isa找到Student的class,然后通过superclass找到Person的class,最后找到对象方法的实现进行调用。

2.2 meta-class对象的superclass指针

当Student的class要调用Person的类方法时,会先通过isa指针找到Student的meta-class,然后通过superclass找到Person的meta-class,最后找到类方法的实现进行调用


三.isa细节

从64bit开始,isa需要进行一次位运算,才能计算出真实地址

从源码中可以查到ISA_MASK的相关信息


isa、superclass总结

  • 实例对象(instance)的isa指向class
  • 类对象(class)的isa指向meta-class
  • 元类对象(meta-class)的isa指向基类的meta-class
  • 类对象(class)的superclass指向父类的class
    • 如果没有父类,superclass指针为nil
  • 元类对象(meta-class)的superclass指向父类的meta-class
    • 基类的meta-class的superclass指向基类的class
  • instance调用对象方法的轨迹
    • isa找到class,方法不存在,就通过superclass找父类
  • class调用类方法的轨迹
    • isa找到meta-class,方法不存在,就通过superclass找父类

四.class和meta-class的结构

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
复制代码

在runtime.h头文件中我们可以看到一个条件编译如果不是objc2的版本下,那么条件范围内的代码将不会被执行,所以在OC2.0中,这段代码已经过时了。而且通过OBJC2_UNAVAILABLE也可以看出,struct objc_class这个结构体在OC2.0中已经不可用了。

4.1 窥探struct objc_class的结构

类和元类在内存中的结构,就是struct objc_class这样一个结构体,这个结构体在objc-runtime-new.h头文件中可以找到最新版本的定义。如下图结构体struct objc_class中部分代码所示:

struct objc_class : objc_object {
    Class isa;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable-方法缓存
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags-用于获取具体的类信息
    ...
    ...
    ...
}
复制代码

注意: 冒号语法是继承的意思,结构体objc_class继承自objc_object,这种语法是C++的语法。

class_rw_t *data() const {
    return bits.data();
}
复制代码
class_rw_t* data() const {
    return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
复制代码

下图为老版本代码结构,可以参考新版本源码

struct objc_class结构体中包含上面这样一段代码,返回值是class_rw_t,是一个可读写的表单。

进入class_rw_t头文件中我们可以看到一段public的代码,返回值是class_rw_ext_t类型。如下图所示

class_rw_ext_t *ext() const {
    return get_ro_or_rwe().dyn_cast<class_rw_ext_t *>();
}
复制代码

进入class_rw_ext_t头文件,我们可以看到方法列表、属性列表、协议列表的相关定义。如下图所示

struct class_rw_ext_t {
    const class_ro_t *ro;
    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;
    char *demangledName;
    uint32_t version;
};
复制代码

进入到class_rw_ext_t结构体中class_ro_t类型的头文件中,我们可以看到instanceSize、ivars的定义。下图为头文件中的部分代码。

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    const uint8_t * ivarLayout;
    
    const char * name;
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;
    ...
    ...
    ...
复制代码

总结: OC的类信息存放在哪里?

  • 对象方法、属性、成员变量、协议信息,存放在class对象中。
  • 类方法,存放在meta-class对象中。
  • 成员变量的具体值,存放在instance对象。