iOS 底層原理 文章彙總

在上一篇文章iOS-底層原理 17：類的載入（上）中，理解了類是如何從Mach-O載入到記憶體中，這次我們來解釋下分類是如何載入到類中的，以及分類和類搭配使用的情況

分類的本質

前提：在main中定義LGperson的分類LG

探索分類的本質，有以下三種方式

• 【方式一】通過clang
• 【方式二】通過Xcode文件搜尋Category
• 【方式三】通過objc原始碼搜尋 category_t

方式一：通過clang

• 【方式一】clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 檢視底層編譯，即 main.cpp，

  • 其中分類的 型別是_category_t
  • 分類的倒數第二個0，表示的是沒有協議，所以賦值為0
    

• 搜尋struct _category_t，如下所示

  • 其中有兩個method_list_t，分別表示例項方法 和 類方法
    

• 搜尋_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LGPerson_，找到其底層實現
  
  其中有3個方法，格式為：sel+簽名+地址，是method_t結構體的屬性即key
  

• 搜尋method_t，其中對應關係如下

  • name 對應 sel
  • type 對應 方法簽名
  • imp 對應 函式地址
    

同時，我們發現了一個問題：檢視看_prop_list_t，明明分類中定義了屬性，但是在底層編譯中並沒有看到屬性，如下圖所示，這是因為分類中定義的屬性沒有相應的set、get方法

方式二：通過Xcode文件搜尋 Category

如果不會clang，可以通過Xcode文件搜尋 Category

方式三：通過objc原始碼搜尋 category_t

還可以通過objc原始碼搜尋category_t型別

總結

綜上所述，分類的本質 是一個_category_t型別

• 有兩個屬性：name（類的名稱） 和 cls（類物件）

• 有兩個 method_list_t型別的方法列表，表示分類中實現的例項方法+類方法

• 一個protocol_list_t型別的協議列表，表示分類中實現的協議

• 一個prop_list_t

  型別的屬性列表，表示分類中定義的屬性，一般在分類中新增的屬性都是通過關聯物件來實現

• 需要注意的是，分類中的屬性是沒有set、get方法

分類的載入

前提：建立LGPerson的兩個分類：LGA、LGB

在上一篇iOS-底層原理 17：類的載入（上）文章中的realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass -> load_categories_nolock -> extAlloc ->attachCategories中提及了rwe的載入，其中分析了分類的data資料 時如何 載入到類中的，且分類的載入順序是：LGA -> LGB的順序載入到類中，即越晚加進來，越在前面

其中檢視methodizeClass的原始碼實現，可以發現類的資料和 分類的資料是分開處理的，主要是因為在編譯階段，就已經確定好了方法的歸屬位置（即例項方法儲存在類中，類方法儲存在元類中），而分類是後面才加進來的

其中分類需要通過attatchToClass新增到類，然後才能在外界進行使用，在此過程，我們已經知道了分類載入三步驟的後面兩個步驟，分類的載入主要分為3步：

• 分類資料載入時機：根據類和分類是否實現load方法來區分不同的時機

• attachCategories準備分類資料

• attachLists將分類資料新增到主類中

分類的載入時機

下面我們來探索分類資料的載入時機，以主類LGPerson + 分類LGA、LGB 均實現+load方法為例

通過第二步資料準備反推第一步的載入時機

• 通過上一篇文章我們瞭解到，在走到attachCategories方法時，必然會有分類資料的載入，可以通過反推法檢視 在什麼時候呼叫attachCategories的，通過查詢，有兩個方法中呼叫

  • load_categories_nolock方法中
    
  • addToClass方法中，這裡經過除錯發現，從來不會進到if流程中，除非載入兩次，一般的類一般只會載入一次
    

• 不加任何斷點，執行objc程式碼，可以得出以下列印日誌，通過日誌可以發現addToClass方法的下一步就是load_categories_nolock方法就是載入分類資料
  

• 全域性搜尋load_categories_nolock的呼叫，有兩次呼叫

  • 一次在loadAllCategories方法中
    
  • 一次在_read_images方法中
    

• 但是經過除錯發現，是不會走_read_images方法中的if流程的，而是走的loadAllCategories方法中的
  

• 全域性搜尋檢視loadAllCategories的呼叫，發現是在load_images時呼叫的
  

通過堆疊資訊分析

• 在attachCategories中加自定義邏輯的斷點，bt檢視堆疊資訊
  

所以綜上所述，該情況下的分類的資料載入時機的反推路徑為：attachCategories -> load_categories_nolock -> loadAllCategories -> load_images

而我們的分類載入正常的流程的路徑為：realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass ->attachCategories

其中正向和反向的流程如下圖所示：

我們再來看一種情況：主類+分類LGA實現+load，分類LGB不實現+load方法

• 斷點定在attachCategories中加自定義邏輯部分，一步步往下執行

  • p entry.cat
  • p *$0
    

• 繼續往下執行，會再次來到 attachCategories方法中斷住

  • p entry.cat
  • p *$0
    

總結：只要有一個分類是非懶載入分類，那麼所有的分類都會被標記位非懶載入分類，意思就是載入一次 已經開闢了rwe，就不會再次懶載入，重新去處理 LGPerson

分類和類的搭配使用

通過上面的兩個例子，我們可以大致將類 和 分類 是否實現+load的情況分為4種

• 【情況1】非懶載入類 + 非懶載入分類

• 【情況2】非懶載入類 + 懶載入分類

• 【情況3】懶載入類 + 懶載入分類

• 【情況4】懶載入類 + 非懶載入分類

非懶載入類 與 非懶載入分類

即主類實現了+load方法，分類同樣實現了+load方法，在前文分類的載入時機時，我們已經分析過這種情況，所以可以直接得出結論，這種情況下

• 類的資料載入是通過_getObjc2NonlazyClassList載入，即ro、rw的操作，對rwe賦值初始化，是在extAlloc方法中

• 分類的資料載入是通過load_images載入到類中的

其呼叫路徑為：

• map_images -> map_images_nolock -> _read_images -> readClass -> _getObjc2NonlazyClassList -> realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass ,此時的mlists是一維陣列，然後走到load_images部分

• load_images --> loadAllCategories -> load_categories_nolock -> load_categories_nolock -> attachCategories -> attachLists，此時的mlists是二維陣列

下面為原始碼中除錯的列印日誌

非懶載入類 與 懶載入分類

即主類實現了+load方法，分類未實現+load方法

• 開啟realizeClassWithoutSwift中的自定義斷點，看一下ro

  • 檢視kc_ro
    
  • p kc_ro->baseMethodList
    
  • p $1.get(0) ~ p $1.get(4)
    
  • p $1.get(5)、 p $1.get(10)
    
    從上面的列印輸出可以看出，方法的順序是 LGB—LGA-LGPerson類，此時分類已經 載入進來了，但是還沒有排序，說明在沒有進行非懶載入時，通過cls->data讀取Mach-O資料時，資料就已經編譯進來了，不需要執行時新增進去

• 來到methodizeClass方法中斷點部分

  • p list
  • p $0->get(0)- p $0->get(5)
    

• 來到prepareMethodLists的for迴圈部分

  • p addedLists[0]
  • p addedLists[1]
  • p *$1
  • p *$2
    

• 來到fixupMethodList方法中的if (sort) {部分

  • 其中SortBySELAddress的原始碼實現如下：根據名字的地址進行排序
    

• 走到mlist->setFixedUp();，在讀取list

  • p mlist
  • p $7->get(0) ~ p $7->get(3)
    
  • p $7->get(4) ~ p $7->get(6)
    
    通過打印發現，僅對同名方法進行了排序，而分類中的其他方法是不需要排序的，其你imp地址是有序的（從小到大） – fixupMethodList中的排序只針對 name 地址進行排序
    

• 不加任何斷點，執行程式，獲取列印日誌
  

總結：非懶載入類 與 懶載入分類的資料載入，有如下結論：

• 類 和 分類的載入是在read_images就載入資料了

• 其中data資料在編譯時期就已經完成了

懶載入類 與 懶載入分類

即主類和分類均未實現+load方法

• 不加任何斷點，執行程式，獲取列印日誌
  
  其中realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock是訊息流程中慢速查詢中有的函式，即在第一次呼叫訊息時才有的函式

• 在readClass斷住,然後讀取kc_ro，即讀取整個data
  
  此時的baseMethodList的count還是16，說明也是從data中讀取出來的，所以不需要經過一層緩慢的load_images載入進來

總結：懶載入類 與 懶載入分類的資料載入是在訊息第一次呼叫時記載

懶載入類 與 非懶載入分類

即主類未實現+load方法， 分類實現了+load方法

• 不加任何斷點，執行程式，獲取列印日誌
  

• 在列印的日誌中沒有看到load_categories_nolock方法，檢視attachCategories -- extAlloc -- attachToClass -- attachCategories，在attachToClass中加斷點
  

• 在readClass方法中斷住，檢視kc_ro
  
  其中baseMethodList的count是8個，列印看看：物件方法3個+屬性的setget方法共4個+1個cxx方法 ，即 現在只有主類的資料
  

  • 檢視kc_ro結構
    
  • p kc_ro->baseMethodList
  • p $0->get(0) ~ p $0->get(3)、p $0->get(7)
    

• 為了除錯分類的資料載入， 繼續往下執行，bt檢視堆疊：load_images -> loadAllCategories -> load_categories_nolock
  

總結：懶載入類 + 非懶載入分類的資料載入，只要分類實現了load，會迫使主類提前載入,即 主類 強行轉換為 非懶載入類樣式

總結

類和分類搭配使用，其資料的載入時機總結如下：

• 【情況1】非懶載入類 + 非懶載入分類，其資料的載入在load_images方法中，首先對類進行載入，然後把分類的資訊貼到類中

• 【情況2】非懶載入類 + 懶載入分類，其資料載入在read_image就載入資料，資料來自data，data在編譯時期就已經完成，即data中除了類的資料，還有分類的資料，與類繫結在一起

• 【情況3】懶載入類 + 懶載入分類 ，其資料載入推遲到 第一次訊息時，資料同樣來自data，data在編譯時期就已經完成

• 【情況4】懶載入類 + 非懶載入分類 ，只要分類實現了load，會迫使主類提前載入，即在_read_images中不會對類做實現操作，需要在load_images方法中觸發類的資料載入，即rwe初始化，同時載入分類資料

如下圖所示