iOS——类与对象底层探索

类和对象的本质

当我们使用OC创建一个testClass类并在main函数创建它的实例对象的时候，OC的底层到底是什么样的呢？

首先，我们要了解OC对象的底层结构，那么我们就得知道：OC本质底层实现转化其实都是C/C++代码。
使用下面这行命令将main.m文件转化为c++文件：

clang -rewrite-objc main.m

然后打开c++文件，我们可以看见TestClass的定义实际是：

#ifndef _REWRITER_typedef_TestClass
#define _REWRITER_typedef_TestClass
typedef struct objc_object TestClass;
typedef struct {} _objc_exc_TestClass;
#endif

struct TestClass_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};

可以看出：

  • OC中的TestClass类底层是struct TestClass_IMPL结构体。
  • OC中@interface TestClass : NSObject，TestClass继承NSObject底层是typedef struct objc_object TestClass;这样体现的。
  • 首先数入参TestClass * self，SEL _cmd，所有OC方法都有这两个隐藏参数，所以我们可以在OC的方法中使用self指针，但是这两个参数对外是不显示的。
  • 看到getter和setter里是通过首地址指针+对应成员变量的地址值指针的偏移量的方式取和存的，最终通过(*(NSString **)还原为string类型。取值的过程就是：先拿到当前成员变量的地址，再去取这个地址里面所存的值。

struct NSObject_IMPL的具体实现：
通过在代码中查找发现：

#ifndef _REWRITER_typedef_NSObject
#define _REWRITER_typedef_NSObject
typedef struct objc_object NSObject;
typedef struct {} _objc_exc_NSObject;
#endif

struct NSObject_IMPL {
	Class isa;
};

该结构体中只有一个Class isa；
我们进一步查看Class：

typedef struct objc_class *Class;

发现Class实际上就是一个指针，指向了objc_class类型的结构体。关于objc_class，我们在下面的类结构中讲。

编译发现：

  • TestPerson这个类在底层编译成了TestPerson_IMP结构体。

  • 函数_I_TestPerson_name，实际上就是getter方法，包含两个默认参数self、_cmd。

  • 函数_I_TestPerson_setName_，实际上就是setter方法，包含两个默认参数self、_cmd，与一个形参name。
    根据编译的结构我们可以得出下面结论：

  • 对象的本质在底层就是一个objc_object结构体。

  • 属性与成员变量的区别，属性是由成员变量+getter方法+setter方法组成。

类结构

现在我们来看objc_class，在将obj4源码搜索后可以发现：

struct objc_class : objc_object {
  objc_class(const objc_class&) = delete;
  objc_class(objc_class&&) = delete;
  void operator=(const objc_class&) = delete;
  void operator=(objc_class&&) = delete;
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // 方法缓存 formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // 用于获取具体的类信息 class_rw_t * plus custom rr/alloc flagsflags

在这段代码中可以看出：类是一个结构体，其中存放了superclass、cache和bits等。objc_class继承于objc_object。

  • objc_class继承于objc_object，换句话说，类的本质也是个对象，其中isa指针式其继承自objc_object的，所以代码里才注释了// Class ISA;
    继续搜索objc_object，我们可以找到：
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;

public:
//...

会发现isa_t类型的属性isa。

isa

我们去搜一下isa_t，可以看见它的源码：

#include "isa.h"

union isa_t {
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    uintptr_t bits;

private:
    // Accessing the class requires custom ptrauth operations, so
    // force clients to go through setClass/getClass by making this
    // private.
    Class cls;

public:
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };

#if ISA_HAS_INLINE_RC
    bool isDeallocating() const {
        return extra_rc == 0 && has_sidetable_rc == 0;
    }
    void setDeallocating() {
        extra_rc = 0;
        has_sidetable_rc = 0;
    }
#endif // ISA_HAS_INLINE_RC

#endif

    void setClass(Class cls, objc_object *obj);
    Class getClass(bool authenticated) const;
    Class getDecodedClass(bool authenticated) const;
};

# if  __ARM_ARCH_7K__ >= 2  ||  (__arm64__ && !__LP64__)
    // armv7k or arm64_32

#   define ISA_BITFIELD                         \
      // 定义 ISA_BITFIELD 宏，用于设置 isa 位域结构
      uintptr_t nonpointer        : 1;
      uintptr_t has_assoc         : 1;
      uintptr_t indexcls          : 15;//indexcls位,用于存储类索引
      uintptr_t magic             : 4;//magic位，用于存储魔术值
      uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;//has_cxx_dtor位,表示是否有 C++ 析构函数
      uintptr_t weakly_referenced : 1;//weakly_referenced位，表示是否有弱引用
      uintptr_t unused            : 1//unused位，未使用
      uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;//has_sidetable_rc位，表示是否有附加引用计数
      uintptr_t extra_rc          : 7//extra_rc位，表示额外的引用计数

在这个定义中，isa_t 是一个联合体，包含了以下几个部分：

  1. bits：一个无符号整数类型，表示整个 isa 值。
  2. cls：一个类指针，指向对象的类。
  3. 位域结构：包含了多个字段，每个字段表示 isa 指针的一部分。

** 什么是isa**
isa指针保存着指向类对象的内存地址，类对象全局只有一个，因此每个类创建出来的对象都会默认有一个isa属性，保存类对象的地址，也就是class，通过class就可以查询到这个对象的属性和方法，协议等；

isa 的作用

  • 类指针：isa 指针的主要作用是指向对象的类。通过这个指针，运行时可以找到对象的类定义，并调用相应的类方法。
  • 标志位：在现代 Objective-C 运行时中，isa 指针还包含了一些额外的标志位，用来存储对象的元数据。例如，nonpointer 标志表示 isa 是否包含额外的元数据，has_assoc 标志表示对象是否有关联的对象，extra_rc 表示对象的引用计数等。

__arm64__之前，isa仅仅是一个指针，保存着对象或类对象内存地址，在__arm64__架构之后，apple对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，同时使用位域来存储更多的信息。
所以现在的isa是结构体，其中会存储类的地址，它已经并不是指针了，“isa指向”这句话严格来说是不正确的，但是方便理解

isa的初始化流程
在这里插入图片描述

bits

在objc_class中我们可以看见：

class_data_bits_t bits;

bits是class_data_bits_t类型的结构体，其源码：


public:

    class_rw_t* data() const {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
    void setData(class_rw_t *newData)
    {
        ASSERT(!data()  ||  (newData->flags & (RW_REALIZING | RW_FUTURE)));
        // Set during realization or construction only. No locking needed.
        // Use a store-release fence because there may be concurrent
        // readers of data and data's contents.
        uintptr_t newBits = (bits & ~FAST_DATA_MASK) | (uintptr_t)newData;
        atomic_thread_fence(memory_order_release);
        bits = newBits;
    }

    // Get the class's ro data, even in the presence of concurrent realization.
    // fixme this isn't really safe without a compiler barrier at least
    // and probably a memory barrier when realizeClass changes the data field
    const class_ro_t *safe_ro() const {
        class_rw_t *maybe_rw = data();
        if (maybe_rw->flags & RW_REALIZED) {
            // maybe_rw is rw
            return maybe_rw->ro();
        } else {
            // maybe_rw is actually ro
            return (class_ro_t *)maybe_rw;
        }
    }

这段代码用于处理类对象的数据，有三个主要的方法：data(), setData(class_rw_t *newData), 和 safe_ro()。

  1. data()：这个方法返回类对象的数据。 bits & FAST_DATA_MASK 是一个位操作，用于获取存储在 bits 中的类数据。
  2. setData(class_rw_t *newData)：这个方法用于设置类对象的数据。它首先检查新数据是否有效，然后使用原子操作更新 bits。
  3. safe_ro()：这个方法用于安全地获取类对象的只读数据。它首先获取类的数据，然后检查数据的状态。如果数据已经被实现（RW_REALIZED），那么它返回数据的只读版本。如果数据还没有被实现，那么它直接返回数据。
    在这之中比较重要的是class_rw_t 和class_ro_t 。
class_rw_t

该结构体用于存储类对象的可读写数据，包括类的实例方法列表、协议列表、属性列表等。当你向一个类添加方法或协议，或者修改属性时，这些信息会被存储在class_rw_t结构体中。
通过runtime动态修改类的方法时，其实是修改在class_rw_t区域中存储的方法列表。
在这里插入图片描述

class_ro_t

该结构体用于存储类对象的只读数据，包括类的名称、父类、实例大小等信息。这些信息在类对象创建时就已经确定，不会在运行时改变，所以被存储在class_ro_t结构体中。
在这里插入图片描述

chche_t

cache_t是一个结构体，用于存储类对象的方法缓存。每个类对象都有一个cache_t成员，这个成员会缓存类对象最近使用的方法。当你向一个类对象发送消息时，Runtime会首先在这个缓存中查找方法。如果找到了，就直接调用缓存的方法，这样可以大大提高方法调用的效率。如果没有找到，Runtime会在类的方法列表中查找，然后将找到的方法添加到缓存中。

指针内存平移

指针内存平移是指通过操作指针的值，移动指针指向的内存位置。在 Objective-C 运行时，这种技术被广泛用于访问对象的成员变量、方法列表等。

为什么category不能添加成员变量

因为category是运行时添加的，他只能操作class_rw_t结构，但是class_rw_t结构没有添加成员变量的入口。成员变量是存储在class_ro_t中的，是无法被修改的，所以category就不能添加成员变量。

对象、类、父类、元类的关系

  1. 对象（Instance）
  • 每个对象是某个类的实例，它包含该类的成员变量和方法。
  • 对象在运行时通过 isa 指针指向它所属的类。
  1. 类（Class）
  • 类是对象的蓝图，定义了对象的成员变量和方法。
  • 类本身也是一个对象，它是 Class 类型的实例。
  • 每个类有一个 isa 指针，指向它的元类（metaclass）。
  1. 父类（Superclass）
  • 类可以继承自另一个类，称为父类或超类。
  • 继承使得子类（subclass）可以使用父类的成员变量和方法，同时可以添加新的成员变量和方法，或重写父类的方法。
  • 每个类有一个 super_class 指针，指向它的父类。
  1. 元类（Metaclass）
  • 元类是类的类，定义了类对象的行为和方法。
  • 每个元类也是一个类，并且有自己的 isa 指针，指向根元类（root metaclass）。
  • 元类也有一个 super_class 指针，指向父类的元类。

元类的定义

其原理就是OC对象在发送消息时，运行时库会追寻着对象的isa指针得到对象所属的类。这个类包含了能应用于这个类的所有实例方法以及指向父类的指针，以便可以找到父类的实例方法。运行时库检查这个类和其父类的方法列表，找到与消息对应的方法。编译器会将消息转换为消息函数objc_msgSend进行调用(这里在消息传递和消息转发的博客里有说)

如图：每一个实例变量的isa都指向自己所属的类，每一个类的isa都指向自己所属的元类，同时，父类的元类也是子类的元类的父类，父类的元类也是根元类的子类。而父类的元类和子类的元类都属于根元类。根元类的isa指向自己，同时根元类的父类也是自己的下属类(NSObject元类的父类是NSObject类)：
在这里插入图片描述

从消息机制的层面来讲：

  • 当你给对象发消息时，消息会寻找这个对象的类的方法列表
  • 当你给类发消息时，消息是在寻找这个类的元类的方法列表

类对象

Objective-C中所有对象可以分为3类：实例对象，类对象，元类对象。其中我们开发者常用的继承自NSObject都属于实例对象，实例对象通过isa指针指向的是类对象。类对象通过isa指向的是元类对象。类对象和元类对象拥有同样的结构，都是来自objc_class。

class方法

class方法是一种特殊的类方法。它的主要作用是返回调用该方法的类的类对象。类对象是一个特殊的对象，它包含了类的元数据，如类的名称，类的父类，类的实例变量（ivar）等信息。
class方法一些注意的点：

  • class ObjectClass = [[nsobject class]class]; 返回的还是class对象，并不是meta-class对象。- (Class)class, +(Class)class返回的就是类对象。

class ObjectClass = [[NSObject class] class];这行代码的含义是获取NSObject类对象的类对象。首先，[NSObject class]获取了NSObject的类对象，然后再次调用class方法获取该类对象的类对象，也就是元类对象，然后将这个元类对象赋值给ObjectClass变量。
然而，Objective-C在设计上对这一点进行了特殊处理。当我们调用一个类对象的class方法时，返回的仍然是类对象，而不是元类对象。这也就是为什么class ObjectClass = [[NSObject class] class];这行代码返回的还是类对象，而不是元类对象。
至于- (Class)class和+ (Class)class，它们分别是实例方法和类方法。- (Class)class是对象的实例方法，调用这个方法会返回该对象的类对象。+ (Class)class是类方法，调用这个方法会返回调用它的类的类对象。在Objective-C中，类方法和实例方法是可以有相同的名称的，它们被归类到不同的命名空间中。

  • 在Objective-C中，元类对象和类对象的内存结构是一样的，但它们的用途不同。

类对象包含了类的元数据信息，例如实例变量的布局信息、属性信息、对象方法列表等。当我们创建一个新的对象实例时，这些信息会被用到。
而元类对象则主要包含了类方法的信息。当我们调用一个类方法时，这些信息会被用到。除了类方法的信息，元类对象的其他部分，如实例变量的布局信息、属性信息等，通常都为空的。


//instance实例对象
        NSObject *object1 = [[NSObject alloc] init];
        NSObject *object2 = [[NSObject alloc] init];

        //class对象，类对象
        //objectClass1~5都是NSObject的类对象
        Class objectClass1 = [object1 class];
        Class objectClass2 = [object2 class];
        Class objectClass3 = [NSObject class];
        Class objectClass4 = object_getClass(object1);
        Class objectClass5 = object_getClass(object2);
        
        //元类对象(将类对象当作参数传入进去)
        Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
        Class objectMetaClass2 = [[NSObject class] class];
        
        //判断是不是元类对象

        NSLog(@"instance - %p %p", object1, object2);
        NSLog(@"class - %p %p %p %p %p %d", objectClass1,objectClass2, objectClass3, objectClass4, objectClass5, class_isMetaClass(objectClass3 ));
        NSLog(@"mateClass - %p %p %d",objectMetaClass, objectMetaClass2, class_isMetaClass(objectMetaClass));

输出情况：
instance - 0x100511920 0x10050e840
class - 0x7fff91da2118 0x7fff91da2118 0x7fff91da2118 0x7fff91da2118 0x7fff91da2118 0
mateClass - 0x7fff91da20f0 0x7fff91da2118 1

无论多少次class方法得到的都还是类函数。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：/a/672131.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

详解 Spark SQL 核心编程知识

详解 Spark SQL 核心编程知识

一、SparkSQL 概述 1. 概念 Spark SQL 是 Spark 用于结构化数据 (structured data) 处理的 Spark 模块，使用 SQL 的方式简化 RDD 的开发 2. Hive VS SparkSQL Hive 是早期唯一运行在 Hadoop 上的 SQL-on-Hadoop 工具，但是 MapReduce 计算过程中大量的中…
阅读更多...
java高并发实战＜2＞

java高并发实战＜2＞

##>>> 我们解决我们重复下单的问题 我们可以使用mysql 的唯一索引 ，在我们的数据库层面保证不能重复下单 我可以控制是唯一的 同一个用户 针对于同一个商品只可以买一个 重复下单 优化 我们 >1.使用数据库唯一索引 一旦是 2个请求 因为mysql 有行级…
阅读更多...
万物皆有定数

万物皆有定数

前段时间，测算一个女孩的婚姻，她年底或明年必有婚姻，因为蛇冲猪日，冲动夫宫，就有婚姻出现。不过，按照她总体八字分析，是要晚婚的，但这个运已到，所以，就要允许…
阅读更多...
【文献阅读】汽车上的信息安全工程

【文献阅读】汽车上的信息安全工程

文章目录 前言 基本概念 信息安全评估 信息安全措施 测试验证 参考文献 前言 见《汽车电子——产品标准规范汇总和梳理（信息安全）》 基本概念 道路车辆信息安全 cybersecurity 使资产受到充分保护，免受道路车辆相关项、其功能及其电气或…
阅读更多...
运放的自激振荡问题

运放的自激振荡问题

运放的自激振荡指的是当运算放大器加电后，在没有外部信号输入的情况下，输出端会出现高频类似于正弦波的波形。 运算放大器产生自激的原因以及解决办法-CSDN博客 a)当振荡由分布电容、电感等引起时，可通过反馈端并联电容，抵消影响…
阅读更多...
Java web应用性能分析之【java进程问题分析工具】

Java web应用性能分析之【java进程问题分析工具】

Java web应用性能分析之【java进程问题分析概叙】-CSDN博客 前面大概讲了java进程问题分析流程，这里再小结一下分析工具，后面也会小结一下java进程问题分析定位。 1.分析工具 1.1.linux命令工具 参考：Java web应用性能分析之【Linux服务器性…
阅读更多...
汪小菲直播翻车亲儿子直言麻六记有异味网友热议引爆话题

汪小菲直播翻车亲儿子直言麻六记有异味网友热议引爆话题

汪小菲直播翻车！亲儿子直言“麻六记”有“异味”，网友热议引爆话题在星光璀璨的娱乐圈，汪小菲一直以家庭幸福、事业有成的形象示人。然而，近日的一场直播让他遭遇了前所未有的尴尬。在直播中，汪小菲兴致勃勃地向观众跨…
阅读更多...
创新实训2024.05.29日志：评测数据集与baseline测试

创新实训2024.05.29日志：评测数据集与baseline测试

1. 评测工作 在大模型微调和RAG工作都在进行的同时，我们搭建了一套评测数据集。这套数据集有山东大学周易研究中心背书。主要考察大模型对于易学基本概念与常识的理解与掌握能力。 1.1. 构建评测集 在周易研究中心的指导下，我们构建出了一套用以考察大…
阅读更多...
Linux系统下+jmeter分布式压测

Linux系统下+jmeter分布式压测

一.配置jdk（Linux机都需配置同一个版本） 下载Linux系统的jdk，下载地址：https://repo.huaweicloud.com/java/jdk/ 下载后的jdk文件上传到 /opt目录下 进入opt目录，查看jdk文件 cd /opt ll 1.解压文件 tar xzvf jd…
阅读更多...
为什么改变进制传输系统码长不变

为什么改变进制传输系统码长不变

目录 直接上图片 问题分析 传信率与传码率 多进制调制 码长不变的理解 误码率考量 总结 直接上图片 问题分析 在讨论这个问题时，通常是指在保持RB（码元传输速率，传码率，符号率，波特率）不变的情况下&a…
阅读更多...
R语言探索与分析-美国房价及其影响因素分析

R语言探索与分析-美国房价及其影响因素分析

一、选题背景 以多元线性回归统计模型为基础，用R语言对美国部分地区房价数据进行建模预测，进而探究提高多元回 归线性模型精度的方法。先对数据进行探索性预处理，随后设置虚拟变量并建模得出预测结果，再使用方差膨胀因子对 多重共…
阅读更多...
关于IDEA创建Maven一直爆红无法下载的问题

关于IDEA创建Maven一直爆红无法下载的问题

你能看到这我就知道你肯定已经试过了网上的很多方法了，我之前也是，试过了很多一直无法正常下载，我也是找人给 线下看了看解决了，我总结一下从头到尾排除问题，试到最后要是还解决不了你直接私信我，我给你看看…
阅读更多...
【LeetCode刷题】前缀和解决问题：742.寻找数组的中心下标、238.除自身以外数组的乘积

【LeetCode刷题】前缀和解决问题：742.寻找数组的中心下标、238.除自身以外数组的乘积

【LeetCode刷题】Day 15 题目1：742.寻找数组的中心下标思路分析：思路1：前缀和思想 题目2：238.除自身以外数组的乘积思路分析思路1：前缀和思想 题目1：742.寻找数组的中心下标 思路分析： 其实题干…
阅读更多...
时间序列的谱分解

时间序列的谱分解

refer：15.pdf (berkeley.edu) Stat 153 Fall 2010 (berkeley.edu)
阅读更多...
xLSTM: Extended Long Short-Term Memory

xLSTM: Extended Long Short-Term Memory

更多内容，请关注微信公众号：NLP分享汇 原文链接：xLSTM: Extended Long Short-Term Memory 论文链接：https://arxiv.org/pdf/2405.04517 为什么要在27年后提出新的LSTM呢？ LSTM（长短期记忆网络&#xff09…
阅读更多...
18 EEPROM读写

18 EEPROM读写

EEPROM 简介 EEPROM (Electrically Erasable Progammable Read Only Memory，E2PROM)即电可擦除可编程只读存储器，是一种常用的非易失性存储器（掉电数据不丢失），EEPROM 有多种类型的产品，此次实验使用的是A…
阅读更多...
车载软件架构 - AUTOSAR 的信息安全框架

车载软件架构 - AUTOSAR 的信息安全框架

车载软件架构 - AUTOSAR 的信息安全架构 我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。 老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师： 屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力，任何消耗…
阅读更多...
处理一对多的映射关系

处理一对多的映射关系

一对多关系&#xff0c;比如说根据id查询一个部门的部门信息及部门下的员工信息 在Dept类中先添加List emps属性 1、collection DeptMapper.xml文件中 <resultMap id"deptAndEmpResultMap" type"Dept"><id property"did" column&qu…
阅读更多...
国内外主流大模型语言技术大比拼

国内外主流大模型语言技术大比拼

国内外主流大模型语言技术对比 2024 自2017年起&#xff0c;美国深度布局人工智能&#xff0c;全面融入经济、文化与社会。至2023年&#xff0c;中国凭借自研技术平台崭露头角&#xff0c;ChatGPT及其技术成国家战略焦点&#xff0c;引领未来科技浪潮。中美竞逐&#xff0c;人工…
阅读更多...
crossover软件是干什么的 crossover软件安装使用教程 crossover软件如何使用

crossover软件是干什么的 crossover软件安装使用教程 crossover软件如何使用

CrossOver 以其出色的跨平台兼容性&#xff0c;让用户在Mac设备上轻松运行各种Windows软件&#xff0c;无需复杂的设置或额外的配置&#xff0c;支持多种语言&#xff0c;满足不同国家和地区用户的需求。 CrossOver 软件是干嘛的 使用CrossOver 不必购买Windows 授权&#xf…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023