iOS底層探索之類結構下篇

上篇分析類結構，獲取到了屬性列表 property_array_t 和方法列表 method_array_t。

實踐代碼：

@interface GLPerson : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSString *name; /**<  8個字節  */
@property (nonatomic, strong) NSString *nickName; /**<  8個字節  */

- (void)sayHello;

+ (void)goSchool;

@end

@interface GLStudent : GLPerson

@end

一、類的類方法存儲

通過源碼查看，沒有看到底層把 method 區分類方法還是實例方法。既然實例方法存在類對象中，類方法是不是可能存在元類中。試着通過 lldb 打印一下。

(lldb) x/4gx GLPerson.class
0x1000022b8: 0x0000000100002290 0x0000000100333140
0x1000022c8: 0x000000010113f640 0x0001802400000003
(lldb) p 0x0000000100002290 & 0x00007ffffffffff8ULL // 通過isa找到元類
(unsigned long long) $1 = 4294976144
(lldb) x/4gx $1  // 讀取元類的內存
0x100002290: 0x00000001003330f0 0x00000001003330f0
0x1000022a0: 0x0000000100643250 0x0001e03500000007
(lldb) p (class_data_bits_t *)0x1000022b0 // 通過偏移32字節獲取class_data_bits_t指針
(class_data_bits_t *) $2 = 0x00000001000022b0
(lldb) p *$2->data() // 調用class_data_bits_t 的data方法獲取class_rw_t
(class_rw_t) $3 = {
  flags = 2684878849
  witness = 1
  ro_or_rw_ext = {
    std::__1::atomic<unsigned long> = 4294975528
  }
  firstSubclass = 0x00000001000022e0
  nextSiblingClass = 0x00007fff88bf1948
}
(lldb) p $3.methods() // 打印元類的方法列表
(const method_array_t) $4 = {
  list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
     = {
      list = 0x0000000100002070
      arrayAndFlag = 4294975600
    }
  }
}
(lldb) p $4.list
(method_list_t *const) $5 = 0x0000000100002070
(lldb) p *$5
(method_list_t) $6 = {
  entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
    entsizeAndFlags = 26
    count = 1
    first = {
      name = "goSchool"
      types = 0x0000000100000f7c "v16@0:8"
      imp = 0x0000000100000d70 (`+[GLPerson goSchool])
    }
  }
}
(lldb) p $6.get(0) // 第一個就是聲明的類方法
(method_t) $7 = {
  name = "goSchool"
  types = 0x0000000100000f7c "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100000d70 (`+[GLPerson goSchool])
}
(lldb) p $6.get(1)  // 只有一個類方法，下一個越界了
Assertion failed: (i < count), function get, file /Users/xulong/Desktop/學習/alloc流程分析/runtime/objc-runtime-new.h, line 438.
error: Execution was interrupted, reason: signal SIGABRT.
The process has been returned to the state before expression evaluation.

通過上面代碼發現：

• 方法存儲的時候是沒有明確的區分是類方法還是實例方法的；
• 實例方法存儲在類的數據中；
• 類方法存儲在元類的數據中；

1.1 通過runtime源碼分析

runtime 裏面有方法:

• class_getInstanceMethod : 返回一個類的指定實例方法；
• class_getClassMethod ：返回一個類的指定類方法；

        const char *className = class_getName([GLPerson class]);
        Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
        
        Method instanceM1 = class_getInstanceMethod([GLPerson class], @selector(sayHello));
        Method instanceM2 = class_getInstanceMethod([GLPerson class], @selector(goSchool));

        Method classM1 = class_getClassMethod([GLPerson class], @selector(sayHello));
        Method classM2 = class_getClassMethod([GLPerson class], @selector(goSchool));
           
        Method metaInstanceM1 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello));
        Method metaInstanceM2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(goSchool));
        
        Method metaClassM1 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello));
        Method metaClassM2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(goSchool));
        
        
        NSLog(@"instanceM1:%p; instanceM2:%p; classM1:%p; classM2:%p;", instanceM1, instanceM2, classM1, classM2);
        
        NSLog(@"metaInstanceM1:%p; metaInstanceM2:%p; metaClassM1:%p; metaClassM2:%p;", metaInstanceM1, metaInstanceM2, metaClassM1, metaClassM2);

console: instanceM1:0x1000020f8; instanceM2:0x0; classM1:0x0; classM2:0x100002090;
console: metaInstanceM1:0x0; metaInstanceM2:0x1000020a0; metaClassM1:0x0; metaClassM2:0x1000020a0;

分析一下
第一行類輸出：代表類有無

• instanceM1 有值： 有 sayHello 實例方法，instanceM2 沒值： 沒有 goSchool 實例方法；
• classM1 沒值：沒有 sayHello 類方法，classM2 有值：有 goSchool 類方法；

第二行元類輸出：代表元類有無

• metaInstanceM1 沒值： 沒有 sayHello 實例方法，metaInstanceM2 有值： 有 goSchool 實例方法；
• metaClassM1 沒值：沒有 sayHello 類方法，metaClassM2 有值：有 goSchool 類方法；

這裏先看下 class_getClassMethod 的源碼：

Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

---
    // NOT identical to this->ISA when this is a metaclass
    Class getMeta() {
        if (isMetaClass()) return (Class)this;
        else return this->ISA();
    }

class_getClassMethod 的流程：

1. class_getClassMethod 裏面調用的也是 class_getInstanceMethod;
2. 只不過傳的類是 cls->getMeta() 這個方法返回的;
3. getMeta 如果是元類，返回的就是自己；
4. getMeta 如果不是元類，返回的是 ISA();
5. 類的 ISA() 返回的是 該類的元類;

class_getClassMethod總結：

• 如果傳的類，裏面是獲取的元類的 class_getInstanceMethod 方法。也既類方法是從元類裏面去找的。
• 如果傳的是元類，直接用元類調用 class_getInstanceMethod 方法。

二、是不是這個類 isKindOfClass & isMemberOfClass

首先有這樣一段代碼：

        BOOL obClass_k = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL obClass_m = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL peClass_k = [(id)[GLPerson class] isKindOfClass:[GLPerson class]];       //
        BOOL peClass_m = [(id)[GLPerson class] isMemberOfClass:[GLPerson class]];     //
        NSLog(@"\n obClass_k :%hhd\n obClass_m :%hhd\n peClass_k :%hhd\n peClass_m :%hhd\n",obClass_k, obClass_m, peClass_k, peClass_m);

        BOOL obInstance_k = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL obInstance_m = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL peInstance_k = [(id)[GLPerson alloc] isKindOfClass:[GLPerson class]];       //
        BOOL peInstance_m = [(id)[GLPerson alloc] isMemberOfClass:[GLPerson class]];     //
        NSLog(@"\n obInstance_k :%hhd\n obInstance_m :%hhd\n peInstance_k :%hhd\n peInstance_m :%hhd\n",obInstance_k, obInstance_m, peInstance_k, peInstance_m);

console:

 obClass_k :1
 obClass_m :0
 peClass_k :0
 peClass_m :0
---
 obInstance_k :1
 obInstance_m :1
 peInstance_k :1
 peInstance_m :1

可找到上面調用的具體源碼如下：

// 類方法調用
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = self->ISA(); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return self->ISA() == cls;
}

// 實例方法調用
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

• 分析1 [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];：

  1. [NSObject class] 返回類自己，所以會調用類方法;
  2. isKindOfClass 中，Class tcls = self->ISA()， cls 爲 NSObject 類；
  3. tcls 首先賦值爲 NSObject 的元類;
  4. tcls 存在，判斷 tcls 是否等於 cls，類不等於元類；
  5. 把 tcls = tcls->superclass，NSObject 元類的 superclass 爲根類，也就是 [NSObject class]；
  6. tcls 現在爲 NSObject 類，所以和 cls 相等；
  7. 返回 YES；

• 分析2 [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]:

  1. [NSObject class] 返回類自己，所以會調用類方法;
  2. self 和 cls 都爲 NSObject 類；
  3. self->ISA() 返回 NSObject 的元類；
  4. NSObject 的元類和類不相等；
  5. 返回 NO；

• 分析3 [(id)[GLPerson class] isKindOfClass:[GLPerson class]]:

  1. [GLPerson class] 返回類自己，所以會調用類方法;
  2. isKindOfClass 中，Class tcls = self->ISA()， cls 爲 GLPerson 類；
  3. tcls 首先賦值爲 GLPerson 的元類;
  4. tcls 存在，判斷 tcls 是否等於 cls，類不等於元類；
  5. 把 tcls = tcls->superclass，GLPerson 元類的 superclass 爲根元類，也就是 [NSObject class] 的元類；
  6. tcls 現在爲 NSObject 元類，不等於 cls 的 GLPerson 類；
  7. 再次把 tcls = tcls->superclass，NSObject 元類的 superclass 爲 [NSObject class] 類；
  8. tcls爲 NSObject 類 不等於 cls 的 GLPerson 類；
  9. 再再次 tcls = tcls->superclass，NSObject 類的 superclass 爲 nil；
  10. tcls 爲 nil;
  11. 返回 NO；

• 分析4 [(id)[GLPerson class] isMemberOfClass:[GLPerson class]]:

  1. [GLPerson class] 返回類自己，所以會調用類方法;
  2. self 和 cls 都爲 GLPerson 類；
  3. self->ISA() 返回 GLPerson 的元類；
  4. GLPerson 的元類和類不相等；
  5. 返回 NO；

• 分析5 [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]:

  1. [NSObject alloc] 是實例，所以會調用實例方法；
  2. tcls = [self class]，tcls 賦值爲 NSObject 類；cls 爲 [NSObject class]；
  3. 所以 tcls 等於 cls，都是 NSObject 類；
  4. 返回 YES;

• 分析6 [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]:

  1. [NSObject alloc] 是實例，所以會調用實例方法；
  2. [self class] 爲 NSObject 類，cls 爲 [NSObject class]；
  3. 都是 NSObject 類；
  4. 返回 YES;

• 分析7 [(id)[GLPerson alloc] isKindOfClass:[GLPerson class]]:

  1. [GLPerson alloc] 是實例，所以會調用實例方法；
  2. tcls = [self class]，tcls 賦值爲 GLPerson 類；cls 爲 [GLPerson class]；
  3. 所以 tcls 等於 cls，都是 GLPerson 類；
  4. 返回 YES;

• 分析8 [(id)[GLPerson alloc] isMemberOfClass:[GLPerson class]]:

  1. [GLPerson alloc] 是實例，所以會調用實例方法；
  2. [self class] 爲 GLPerson 類，cls 爲 [GLPerson class]；
  3. 都是 GLPerson 類；
  4. 返回 YES;