Runtime-内存模型

Runtime 是 iOS编程人员的核心基础知识,Objc Runtime使得C具有了面向对象能力,在程序运行时创建,检查,修改类、对象和它们的方法。
runtime是开源的,GitHub 有可调式的源码 objc4_debug(待工程配置过程👍),也可以去官网找 objc4.
学习参考 苹果官方的Runtime编程指南

isa & id

第一印象指针,在<objc.h>中可以看到:

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;
};
  1. isaobjc_object一个属性,类型是Class
  2. Class 是指向 objc_class的一个指针,存放着objc_class的地址
  3. id是一个objc_object结构类型的指针,这个类型的对象能够转换成任何一种对象

Class

objc_class 是什么呢?让我们看到<objc/runtime.h>

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE; // 父类 
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE; // 类名
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE; //  类的版本信息,默认为0
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE; // 类信息,供运行期间使用的一些位标识
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的实例变量大小
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE; // 该类的成员变量链表
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法定义的链表
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE; // 方法缓存
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
  1. objc_class中也有一个isa指针,指向Meta Class。作用:因为 Objc 的类本身也是一个对象,为了处理这个关系,runtime就创造了Meta Class,当给类发送 [NSObject alloc] 的消息时,实际上是把这个消息发给 NSObject Class Object。
  2. cache 作用:对象接受到一个消息,首次会根据isa指针查找消息对象,然后在methodLists遍历,调用后加入cache,下次直接从缓存获取,提高调用效率

objc_ivar_list

objc_ivar_list 结构体存储objc_ivar(成员变量)数组列表

struct objc_ivar {
    char * _Nullable ivar_name                               OBJC2_UNAVAILABLE; // 命名
    char * _Nullable ivar_type                               OBJC2_UNAVAILABLE; // 类型
    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}    

struct objc_ivar_list {
    int ivar_count                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_ivar ivar_list[1]                            OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

objc_method_list

objc_method_list结构体存储objc_method(方法)数组列表

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    char * _Nullable method_types                            OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP _Nonnull method_imp                                  OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_method_list {
    struct objc_method_list * _Nullable obsolete             OBJC2_UNAVAILABLE;

    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}  

objc_cache

struct objc_cache {
    unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied                                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method _Nullable buckets[1]                              OBJC2_UNAVAILABLE;
};
  1. mask: 指定分配缓存bucket的总数。runtime 使用这个字段确定线性查找的索引位置
  2. occupied: 实际占用缓存 bucket的总数
  3. 指向Method数据结构指针的数组,总数不能超过mask+1;指针可能为空,这标识缓存bucket没有被占用,数组随着时间增长

Meta Class & Super Class

提供一个实例,来体感metaclasssuperclass

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

typedef struct mtm_objc_class *mClass;
struct mtm_objc_class {
    mClass ISA;
    mClass superclass;
};

void testMetaClass(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"This object is %p", self);
    NSLog(@"Class is %@, super class is %@", [self class], [self superclass]);
    
    Class currentClass = [self class];
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        NSLog(@"Following the [isa] pointer %d timer gives %p, class name is %@", i, currentClass, NSStringFromClass(currentClass));
        currentClass = object_getClass(currentClass);
    }
    
    mClass testClass = (__bridge mClass)[self superclass];
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        NSLog(@"Following the [super] pointer %d timer gives %p", i, testClass);
        testClass = testClass ? testClass->superclass : nil;
    }
    NSLog(@"NSObject's class is %p", [NSObject class]);
    Class meta_NSObject = object_getClass([NSObject class]);
    NSLog(@"NSobject's meta class is %p, meta super class is %p", meta_NSObject, ((__bridge mClass)meta_NSObject)->superclass);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        Class newClass = objc_allocateClassPair([NSURL class], "TestClass", 0);
        class_addMethod(newClass, @selector(testHandler), (IMP)testMetaClass, "v@:");
        objc_registerClassPair(newClass);
        id instance = [[newClass alloc] initWithString:@"http://www.baidu.com"];
        [instance performSelector:@selector(testHandler)];
    }
    return 0;
}

结果如下

ObjcTest[74791:1048449] This object is 0x100784c00
ObjcTest[74791:1048449] Class is TestClass, super class is NSURL
ObjcTest[74791:1048449] Following the [isa] pointer 0 timer gives 0x100784420, class name is TestClass
ObjcTest[74791:1048449] Following the [isa] pointer 1 timer gives 0x100784450, class name is TestClass
ObjcTest[74791:1048449] Following the [isa] pointer 2 timer gives 0x1003310f0, class name is NSObject
ObjcTest[74791:1048449] Following the [isa] pointer 3 timer gives 0x1003310f0, class name is NSObject
ObjcTest[74791:1048449] Following the [super] pointer 0 timer gives 0x7fff859d7230
ObjcTest[74791:1048449] Following the [super] pointer 1 timer gives 0x100331140
ObjcTest[74791:1048449] Following the [super] pointer 2 timer gives 0x0
ObjcTest[74791:1048449] Following the [super] pointer 3 timer gives 0x0
ObjcTest[74791:1048449] NSObject's class is 0x100331140
ObjcTest[74791:1048449] NSobject's meta class is 0x1003310f0, meta super class is 0x100331140

把日志中的地址放到图里,应该就更好理解 isa 链表super 链表

class_isa_super_class.png

小测试

来看看能答对几个?

BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];  
BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];  
BOOL res3 = [(id)[NSURL class] isKindOfClass:[NSURL class]];  
BOOL res4 = [(id)[NSURL class] isMemberOfClass:[NSURL class]];

解密开始

  1. 误区:isKindOfClass有类方法和对象方法,实现有区别
  2. res1:第一次,Class 和 MetaClass(Class->ISA)对比,失败;再跟NSObject's meta class 的 superclass 即 NSObject class,结果为true
  3. res2:Class->ISA == Class 为false,下面依此类推
  4. res3 = false
  5. res4 = false
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = self->ISA(); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

- (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->ISA() == cls;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 202,056评论 5 474
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 84,842评论 2 378
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 148,938评论 0 335
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,296评论 1 272
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,292评论 5 363
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,413评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,824评论 3 393
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,493评论 0 256
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,686评论 1 295
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,502评论 2 318
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,553评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,281评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,820评论 3 305
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,873评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,109评论 1 258
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,699评论 2 348
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,257评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容