一、Class的结构

• 通过查看源码, 可以得出Class的底层结构如下图

• 一开始class_data_bits_t bits;指向ro, 在加载的过程中创建了rw, 此时的指向顺序是bits->rw->ro

二、class_rw_t

• class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容

三、class_ro_t

• class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容

四、method_t

• method_t是对方法\函数的封装, method_t结构如下

• IMP代表函数的具体实现

• SEL代表方法\函数名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似
  • 可以通过@selector()和sel_registerName()获得
  • 可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
  • 不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的

• types包含了函数返回值、参数编码的字符串

• iOS中提供了一个叫做@encode的指令，可以将具体的类型表示成字符串编码

五、方法缓存

• Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度

• 调用方法时的查找过程

以对象方法为例:
通过isa找到class
先会先从cache中查找, 如果有方法, 直接调用
如果没有方法, 在自身的class->bits->rw中查找方法
如果找到方法直接调动,并将方法缓存到cache中
如果没有找到, 会通过superclass找到父类, 从父类->bits->rw中查找方法
如果在父类中找到方法, 就直接调用, 同时将方法存到自己(不是父类的)的cache中, 如果一直找不到, 就进入下一个阶段
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散列表存储方法

• 一开始, 系统会分配给cache_t->_buckets一段内存, 假设第一次分配了足够存储3个方法的内存

• 此时cache_t的mask等于2, 即_buckets的长度 - 1
• 当存储方法时, 会用SEL & mask, 获取到一个数字, 用这个数字做为索引, 将该方法存储到_buckets中
• 假如有以下代码, Person继承自NSObject, 有三个方法eat、run和say

• Student继承自Person, 有三个方法learning、exercises和dancing

• 当一个Student实例调用learning方法时, 就会用@selector(learning) & _buckets.mask来获取存储的索引,然后将learning方法存放到Student类对象的cache中
• 假设获取到的索引值为0, 那么散列表的结构类似下图

• 如果Student实例调用父类Person的eat方法时, 根据@selector(eat) & _buckets.mask的结果将becket_t插入到相应位置
• 假设@selector(eat) & _buckets.mask结果是2, 那么散列表结构类似下图

• 即使eat是Person中的方法, 但是Student调用,也会存到Student的cache中

• 当多个数都&一个固定值时, 那么肯定就有重复的可能出现, 比如

 1001 1010          1000 1011
&0000 1010         &0000 1010
-----------       ------------0000 1010          0000 1010
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• 所以通过多个SEL & _buckets.mask获取到的值就有可能是重复的
• 此时,存储方法的索引就会-1, 然后在查找-1后所在位置是否空缺, 如果有空缺就会存储
• 如果Student实例调用exercises方法, 会计算@selector(exercises) & _buckets.mask的结果作为索引值
• 假设@selector(exercises) & _buckets.mask的结果是2, 此时因为索引2的位置已经存储eat方法, 所以索引会-1变成1, 然后查看1的位置是否空缺, 如果空缺就会存储, 如下图

• 如果Student实例继续调用dancing方法, 此时cache->buckets已经存储满
• 那么buckets的容量会扩大一倍, 容量变为6,重新计算cache->mask的值为5, 接着清空buckets中之前缓存的所有方法
• 然后计算@selector(dancing) & _buckets.mask的值, 如果此时的结果是3, 那么散列表的结构类似下图

• 因为已经清空过cache中的所有方法, 所以此时只存储dancing方法

六、使用代码验证cache存储流程

准备代码

• Person继承自NSObject, 有一个对象方法personTest

• Student继承自Person, 有一个对象方法studentTest

• GoodStudent继承自Student, 有一个对象方法goodStudentTest

方法调用后, 会缓存在cache中

• main.mm文件中有如下代码, 并在19和21行打断点

• 执行程序, 查看personClass的结构吗可以看到cache中的_buckets长度是_mask + 1 = 4, 此时已经存储一个方法, 即刚调用过的init方法

• 接下来过掉第一个断点, 可以看到personTest已经被存到了_buckets中

• 下面使用代码查看更复杂的存储方式, 首先有如下代码, 在19, 20, 21, 23四处打上断点
• 执行程序, 可以看到此时_buckets中只存了一个方法

• 过掉19行断点, 可以看到有一个方法被存到_buckets中, 这个方法就是goodStudentTest

• 过掉20行断点, 可以看到又一个方法被存到_buckets中, 这个方法就是studentTest, 此时_buckets中已经存放了三个方法

• 接着过掉21行断点, 此时_buckets进行了扩容,从新计算了mask, 同时清空了缓存的方法, 并将新调用的personTest存到了_buckets中

打印cache中存储的方法

• 将main函数中的代码修改为如下所示

• 运行程序, 可以看到cache->_buckets中存储的方法, 其中包含了init、goodStudentTest和studentTest

• 在将代码修改为如下所示, goodStudent先调用5个方法, 在打印缓存的方法列表

• 执行程序, 可以看到下面的打印

• 在上面已经知道, 在执行[goodStudent personTest];时已经进行了扩容, 所以此时的容量是8, 由于清空了之前缓存的方法, 所以现在_buckets中只存储了三个方法

通过索引获取方法

• 将main函数中的代码修改为如下所示

• 执行代码, 可以看到打印信息, 已经将personTest的方法和地址打印出来

• 我们可以通过控制台来验证打印的确实就是personTest方法

• 我们可以用同样的方式, 打印这三个方法

• 执行程序, 可以看到三个方法地址的打印

• 但是可以看到personTest和goodStudentTest取出的地址是相同的
• 我们可以明确的知道这两个方法不同, 那么取出地址相同的原因就是SEL & mask得到的索引值相同
• 通过打印, 也可以看到索引值是相同的

• 之前已经说过, 不同的数字&一个固定的数, 肯定会出现重复的情况, 所以取出的方法也就会是同一个
• 此时取方法, 需要将索引-1然后再去取出方法, 如果取出的是空或者方法名不对, 那么就继续-1, 再去取方法, 以此类推

• 索引我们通过下面的方式, 就能取出缓存中正确的方法

• 执行程序, 可以看到取出的方法全部正确

• MJClassInfo.h文件中代码如下

#import <Foundation/Foundation.h>#ifndef MJClassInfo_h
#define MJClassInfo_h# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
# endif#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t;
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t cache_key_t;#if __arm__  ||  __x86_64__  ||  __i386__
// objc_msgSend has few registers available.
// Cache scan increments and wraps at special end-marking bucket.
#define CACHE_END_MARKER 1
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {return (i+1) & mask;
}#elif __arm64__
// objc_msgSend has lots of registers available.
// Cache scan decrements. No end marker needed.
#define CACHE_END_MARKER 0
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {return i ? i-1 : mask;
}#else
#error unknown architecture
#endifstruct bucket_t {cache_key_t _key;IMP _imp;
};struct cache_t {bucket_t *_buckets;mask_t _mask;mask_t _occupied;IMP imp(SEL selector){mask_t begin = _mask & (long long)selector;mask_t i = begin;do {if (_buckets[i]._key == 0  ||  _buckets[i]._key == (long long)selector) {return _buckets[i]._imp;}} while ((i = cache_next(i, _mask)) != begin);return NULL;}
};struct entsize_list_tt {uint32_t entsizeAndFlags;uint32_t count;
};struct method_t {SEL name;const char *types;IMP imp;
};struct method_list_t : entsize_list_tt {method_t first;
};struct ivar_t {int32_t *offset;const char *name;const char *type;uint32_t alignment_raw;uint32_t size;
};struct ivar_list_t : entsize_list_tt {ivar_t first;
};struct property_t {const char *name;const char *attributes;
};struct property_list_t : entsize_list_tt {property_t first;
};struct chained_property_list {chained_property_list *next;uint32_t count;property_t list[0];
};typedef uintptr_t protocol_ref_t;
struct protocol_list_t {uintptr_t count;protocol_ref_t list[0];
};struct class_ro_t {uint32_t flags;uint32_t instanceStart;uint32_t instanceSize;  // instance对象占用的内存空间
#ifdef __LP64__uint32_t reserved;
#endifconst uint8_t * ivarLayout;const char * name;  // 类名method_list_t * baseMethodList;protocol_list_t * baseProtocols;const ivar_list_t * ivars;  // 成员变量列表const uint8_t * weakIvarLayout;property_list_t *baseProperties;
};struct class_rw_t {uint32_t flags;uint32_t version;const class_ro_t *ro;method_list_t * methods;    // 方法列表property_list_t *properties;    // 属性列表const protocol_list_t * protocols;  // 协议列表Class firstSubclass;Class nextSiblingClass;char *demangledName;
};#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {uintptr_t bits;
public:class_rw_t* data() {return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);}
};/* OC对象 */
struct mj_objc_object {void *isa;
};/* 类对象 */
struct mj_objc_class : mj_objc_object {Class superclass;cache_t cache;class_data_bits_t bits;
public:class_rw_t* data() {return bits.data();}mj_objc_class* metaClass() {return (mj_objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);}
};#endif /* MJClassInfo_h */
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