iOS分類底層實現原理小記
阿新 • • 發佈：2017-07-07
tag side 遍歷 一個 instance ati strip 否則 取出 3.2
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OS 分類底層是怎麽實現的？
本文將分如下四個模塊進行探究
- 分類的結構體
- 編譯時的分類
- 分類的加載
- 總結
本文使用的runtime源碼版本是 objc4 - 680
文中類與分類代碼如下
//類
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic ,copy) NSString *presonName;
@end
@implementation Person
- (void)doSomeThing{
NSLog(@"Person");
}
@end// 分類
@interface Person(categoryPerson)
@property (nonatomic ,copy) NSString *categoryPersonName;
@end
@implementation Person(categoryPerson)
- (void)doSomeThing{
NSLog(@"categoryPerson");
}
@end 1.分類的結構體
struct _category_t {
const char *name;//類名
struct _class_t *cls;//類
const struct _method_list_t *instance_methods;//category中所有給類添加的實例方法的列表（instanceMethods）
const struct _method_list_t *class_methods;//category中所有添加的類方法的列表（classMethods）
const struct _protocol_list_t *protocols;//category實現的所有協議的列表（protocols）
const struct _prop_list_t *properties;//category中添加的所有屬性（instanceProperties）
};
struct category_t {
const char *name; // 類名
classref_t cls; // 分類所屬的類
struct method_list_t *instanceMethods; // 實例方法列表
struct method_list_t *classMethods; // 類方法列表
struct protocol_list_t *protocols; // 遵循的協議列表
struct property_list_t *instanceProperties; // 屬性列表
// 如果是元類，就返回類方法列表；否則返回實例方法列表
method_list_t *methodsForMeta(bool isMeta) {
if (isMeta) {
return classMethods;
} else {
return instanceMethods;
}
}
// 如果是元類，就返回 nil，因為元類沒有屬性；否則返回實例屬性列表，但是...實例屬性
property_list_t *propertiesForMeta(bool isMeta) {
if (isMeta) {
return nil; // classProperties;
} else {
return instanceProperties;
}
}
}; 2.編譯時的分類
2.1分類的屬性
// Person(categoryPerson) 屬性列表
static struct /*_prop_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _prop_t)
unsigned int count_of_properties;
struct _prop_t prop_list[1];
} _OBJC_$_PROP_LIST_Person_$_categoryPerson __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_prop_t),
1,
{{"categoryPersonName","T@\"NSString\",C,N"}}
};
// Person 屬性列表
static struct /*_prop_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _prop_t)
unsigned int count_of_properties;
struct _prop_t prop_list[1];
} _OBJC_$_PROP_LIST_Person __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_prop_t),
1,
{{"presonName","T@\"NSString\",C,N,V_presonName"}}
}; 對比上述代碼可以發現：在分類中可以聲明屬性，並且同樣會生成一個 _prop_list_t 的結構體
2.2分類的實例變量？
// Person 實例變量列表
static struct /*_ivar_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _prop_t)
unsigned int count;
struct _ivar_t ivar_list[1];
} _OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_Person __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_ivar_t),
1,
{{(unsigned long int *)&OBJC_IVAR_$_Person$_presonName, "_presonName", "@\"NSString\"", 3, 8}}
};因為 _category_t 這個結構體中並沒有 _ivar_list_t
所以在編譯時系統沒有Person(categoryPerson) 沒有生成類似的相應結構體，也沒有生成 _categoryPersonName。
2.3分類的實例方法
// Person 實例方法結構體
static struct /*_method_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method)
unsigned int method_count;
struct _objc_method method_list[3];
} _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_Person __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
3,
{{(struct objc_selector *)"doSomeThing", "[email protected]:8", (void *)_I_Person_doSomeThing},
{(struct objc_selector *)"presonName", "@[email protected]:8", (void *)_I_Person_presonName},
{(struct objc_selector *)"setPresonName:", "[email protected]:[email protected]", (void *)_I_Person_setPresonName_}}
};
// Person(categoryPerson )實例方法結構體
static struct /*_method_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method)
unsigned int method_count;
struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Person_$_categoryPerson __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
1,
{{(struct objc_selector *)"doSomeThing", "[email protected]:8", (void *)_I_Person_categoryPerson_doSomeThing}}
};對比上述方法可以看到：雖然分類可以聲明屬性，但是編譯時，系統並沒有生成分類屬性的 get／set 方法，所以，這就是為什麽分類要利用
runtime 動態添加屬性，如何動態添加屬性，有興趣的同學可以查看下面文章 iOS分類中通過runtime添加動態屬性
2.4分類的結構體
// Person(categoryPerson ) 結構體
static struct _category_t _OBJC_$_CATEGORY_Person_$_categoryPerson __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) =
{
"Person",
0, // &OBJC_CLASS_$_Person,
(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Person_$_categoryPerson,
0,
0,
(const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_Person_$_categoryPerson,
};這是系統在編譯時實例化 _category_t 生成的_OBJC_$_CATEGORY_Person_$_categoryPerson
2.5分類數組
static struct _category_t *L_OBJC_LABEL_CATEGORY_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_catlist,regular,no_dead_strip")))= {
&_OBJC_$_CATEGORY_Person_$_categoryPerson,
};編譯器最後生成了一個數組，數組的元素就是我們創建的各個分類，用來在運行時加載分類。
3.分類的加載
3.1加載分類調用棧
_objc_init
└──map_2_images
└──map_images_nolock
└──_read_images分類加載的調用棧如上述
_objc_init算是整個 objc4 的入口，進行了一些初始化操作，註冊了鏡像狀態改變時的回調函數map_2_images主要是加鎖並調用map_images_nolockmap_images_nolock在這個函數中，完成所有 class 的註冊、fixup等工作，還有初始化自動釋放池、初始化 side table 等工作並在函數後端調用了_read_images_read_images方法幹了很多苦力活，比如加載類、Protocol、Category，加載分類的代碼就寫在_read_images函數的尾部
該調用棧入口函數 void _objc_init(void) 在 objc-os.mm 中，有興趣的同學可以去看看這些函數裏都做了什麽
3.2 _read_images 中加載分類的源碼
加載分類的源碼主要做了兩件事
- 把category的實例方法、協議以及屬性添加到類上
- 把category的類方法和協議添加到類的metaclass上
略去與本文無關的代碼，得到如下代碼
// 獲取 鏡像中的所有分類
category_t **catlist = _getObjc2CategoryList(hi, &count);
// 遍歷 catlist
for (i = 0; i < count; i++) {
category_t *cat = catlist[i];
Class cls = remapClass(cat->cls);
if (cat->instanceMethods || cat->protocols
|| cat->instanceProperties)
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
if (cls->isRealized()) {
remethodizeClass(cls);
classExists = YES;
}
}
if (cat->classMethods || cat->protocols
/* || cat->classProperties */)
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);
if (cls->ISA()->isRealized()) {
remethodizeClass(cls->ISA());
}
}
}做上述事情主要用到是如下兩個函數
-
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi)為類添加未依附的分類
執行過程偽代碼：
1.取得存儲所有 unattached 分類的列表NXMapTable *cats = unattachedCategories();2.從 cats 列表中找倒 cls 對應的 unattached 分類的列表
category_list *list = (category_list *)NXMapGet(cats, cls);3.將新來的分類 cat 添加剛剛開辟的位置上
list->list[list->count++] = (locstamped_category_t){cat, catHeader};4.將新的 list 重新插入 cats 中，會覆蓋老的 list
NXMapInsert(cats, cls, list);執行完上述過程後，系統將這個分類放到了一個 cls 對應的 unattached 分類的 list 中（有點繞口....）,這個 list 會在
remethodizeClass(cls)方法用到 -
remethodizeClass(cls)
執行過程偽代碼：
1.取得 cls 類的 unattached 的分類列表category_list *cats = unattachedCategoriesForClass(cls, false/*not realizing*/)2.將 unattached 的分類列表 attach 到 cls 類上
attachCategories(cls, cats, true /* 清空方法緩存 flush caches*/);執行完上述過程後，系統就把category的實例方法、協議以及屬性添加到類上
-
最後再來看一下
attachCategories(cls, cats, true /* 清空方法緩存 flush caches*/)內部的實現過程
1.在堆上創建方法、屬性、協議數組，用來存儲分類的方法、屬性、協議method_list_t **mlists = (method_list_t **)malloc(cats->count * sizeof(*mlists)); property_list_t **proplists = (property_list_t **)malloc(cats->count * sizeof(*proplists)); protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)malloc(cats->count * sizeof(*protolists));2.遍歷 cats ，取出各個分類的方法、屬性、協議，並填充到上述代碼創建的數組中
int mcount = 0; // 記錄方法的數量 int propcount = 0; // 記錄屬性的數量 int protocount = 0; // 記錄協議的數量 int i = cats->count; // 從後開始，保證先取最新的分類 bool fromBundle = NO; // 記錄是否是從 bundle 中取的 while (i--) { // 從後往前遍歷 auto& entry = cats->list[i]; // 分類，locstamped_category_t 類型 // 取出分類中的方法列表；如果是元類，取得的是類方法列表；否則取得的是實例方法列表 method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta); if (mlist) { mlists[mcount++] = mlist; // 將方法列表放入 mlists 方法列表數組中 fromBundle |= entry.hi->isBundle(); // 分類的頭部信息中存儲了是否是 bundle，將其記住 } // 取出分類中的屬性列表，如果是元類，取得是nil property_list_t *proplist = entry.cat->propertiesForMeta(isMeta); if (proplist) { proplists[propcount++] = proplist; // 將屬性列表放入 proplists 屬性列表數組中 } // 取出分類中遵循的協議列表 protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols; if (protolist) { protolists[protocount++] = protolist; // 將協議列表放入 protolists 協議列表數組中 } }3.取出 cls 的 class_rw_t 數據
auto rw = cls->data();4.存儲方法、屬性、協議數組到 rw
// 準備 mlists 中的方法 prepareMethodLists(cls, mlists, mcount/*方法列表的數量*/, NO/*不是基本方法*/, fromBundle/*是否來自bundle*/); // 將新屬性列表添加到 rw 中的屬性列表數組中 rw->properties.attachLists(proplists, propcount); // 釋放 proplists free(proplists); // 釋放 proplists // 將新協議列表添加到 rw 中的協議列表數組中 rw->protocols.attachLists(protolists, protocount); // 釋放 protolists free(protolists); // 釋放 protolists // 將新協議列表添加到 rw 中的協議列表數組中 rw->protocols.attachLists(protolists, protocount); // 釋放 protolists free(protolists);
4.總結
至此，本文接近尾聲
希望本文的讀者能夠了解到
- 分類的結構體
- 分類中是否能添加屬性
- 分類中是否有實例變量
- 分類是如何 attach 到類上的
行筆簡陋，如有問題，敬請指正
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