- 摘要：iOS分類底層是怎么實現的?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@interfacePerson:NSObject@property(nonatomic,copy)NSString*presonName;@end@implementationPerson-(void)doSomeThing{NSLog(@"Person");}@end//分類@int
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iOS 分類底層是怎么實現的?
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","aliyunzixun@xxx.com/"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_$_PROP_LIST_Person __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_prop_t),
1,
{{"presonName","aliyunzixun@xxx.com/"NSString/",C,N,V_presonName"}}
};
對比上述代碼可以發現:在分類中可以聲明屬性,並且同樣會生成一個 _prop_list_t 的結構體
2.2分類的實例變量?
// Person 實例變量列表
static struct /*_ivar_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _prop_t)
unsigned int count;
struct _ivar_t ivar_list[1];
} _OBJC_$_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_$_INSTANCE_METHODS_Person __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
3,
{{(struct objc_selector *)"doSomeThing", "aliyunzixun@xxx.com:8", (void *)_I_Person_doSomeThing},
{(struct objc_selector *)"presonName", "@aliyunzixun@xxx.com:8", (void *)_I_Person_presonName},
{(struct objc_selector *)"setPresonName:", "aliyunzixun@xxx.com:aliyunzixun@xxx.com", (void *)_I_Person_setPresonName_}}
};
// Person(categoryPerson )實例方法結構體
static struct /*_method_list_t*/ {
unsigned int entsize; // sizeof(struct _objc_method)
unsigned int method_count;
struct _objc_method method_list[1];
} _OBJC_$_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_Person_$_categoryPerson __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
sizeof(_objc_method),
1,
{{(struct objc_selector *)"doSomeThing", "aliyunzixun@xxx.com:8", (void *)_I_Person_categoryPerson_doSomeThing}}
};
對比上述方法可以看到:雖然分類可以聲明屬性,但是編譯時,系統並沒有生成分類屬性的 get/set 方法,所以,這就是為什么分類要利用
runtime 動態添加屬性,如何動態添加屬性,有興趣的同學可以查看下面文章 iOS分類中通過runtime添加動態屬性
2.4分類的結構體
// Person(categoryPerson ) 結構體
static struct _category_t _OBJC_$_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,
};
編譯器最后生成了一個數組,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,注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_nolock
map_images_nolock 在這個函數中,完成所有 class 的注冊、fixup等工作,還有初始化自動釋放池、初始化 side table 等工作並在函數后端調用了 _read_images
_read_images 方法干了很多苦力活,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里都做了什么
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);
執行完上述過程后,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*/);
執行完上述過程后,系統就把category的實例方法、協議以及屬性添加到類上
最后再來看一下
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; // 從后開始,保證先取最新的分類
bool fromBundle = NO; // 記錄是否是從 bundle 中取的
while (i--) { // 從后往前遍歷
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
// 准備 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
以上是
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