4、objc_class结构解析

一、 objc_class & objc_object

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

类 objc_class 继承于 objc_object

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;      // 8 字节
    Class superclass;  // 8 字节
    cache_t cache;     // 16 字节
    class_data_bits_t bits; 

    class_rw_t *data() const {
        return bits.data();
    }
}

对象 + 类 + 元类 都有isa , objc_class 继承于 objc_object

总共有16字节，那么通过类对象的地址 + offset（8 + 8 + 16）就可以得到 class_data_bits_t bits; 的地址。

Objective-C 中提供的 class 和 id 其实就是指向 objc_object 的指针， 都属于对象。

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;

cache_t cache 结构体的大小

struct cache_t {
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets; 
    // 结构体指针 8 字节
    explicit_atomic<mask_t> _mask; 
    // typedef uint32_t mask_t;  4 字节
#if __LP64__
    uint16_t _flags; 
    // typedef unsigned short uint16_t; 2 字节
#endif
    uint16_t _occupied;
    // typedef unsigned short uint16_t; 2 字节
}

二、 instance 对象内存分析

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString* name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;

@end

@implementation Person

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p1 = [Person alloc];
        Person *p2 = [Person alloc];
        NSLog(@"p1指向： %@ - p1 内存地址：%p", p1, &p1);
        // p1指向： <Person: 0x100404ea0> - p1 内存地址：0x7ffeefbff4a8
        NSLog(@"p2指向： %@ - p2 内存地址：%p", p2, &p2);
        // p2指向： <Person: 0x100404590> - p2 内存地址：0x7ffeefbff4a0
        
        NSLog(@"hello world");
    }
    return 0;
}

p1 和 p2 都是 Person 的实例对象，它们是不同的两个对象，分别指向两块不同的内存。

p *p1
(Person) $1 = {
  NSObject = {
    isa = Person
  }
  _name = 0x0000000100001010 @"fenglin"
  _age = 30
}

(lldb) x/4gx 0x100404ea0
0x100404ea0: 0x001d80010000221d 0x0000000100001010
0x100404eb0: 0x000000000000001e 0x0000000000000000

三、 class对象分析

        Class cls1 = [p1 class];
        Class cls2 = [p2 class];
        Class cls3 = [Person class];
        Class cls4 = object_getClass(p1);
        Class cls5 = object_getClass(p2);
        
        NSLog(@"cls1-> %p",cls1);
        NSLog(@"cls2-> %p",cls2);
        NSLog(@"cls3-> %p",cls3);
        NSLog(@"cls4-> %p",cls4);
        NSLog(@"cls5-> %p",cls5);
        
        // output
        cls1-> 0x100002218
        cls2-> 0x100002218
        cls3-> 0x100002218
        cls4-> 0x100002218
        cls5-> 0x100002218

cls1 -> cls5 都是 Person 的类对象，为同一个对象，每个类在内存中仅有一个 Class 对象

一些lldb指令：

01.png

1、打印实例对象的类对象

(lldb) p/x Person.class
(Class) $0 = 0x00000001000020f0 Person

2、查看类对象的内存分布
x/4gx 0x00000001000020f0
0x1000020f0: 0x00000001000020c8 0x0000000100334140 0x100002100: 0x000000010032e410 0x0000801000000000

3、查看类对象的 isa 指针

// 获取当前的isa
po 0x00000001000020c8
Person

// 通过其他方法获取到Person的元类
p/x object_getClass(Person.class)
(Class) $3 = 0x00000001000021f0

4、查看Person的父类
(lldb) po 0x0000000100334140
NSObject

p/x [objc superclass]
(Class) $4 = 0x0000000100334140 NSObject

5、获取 class_data_bits_t 通过 isa + offset(32) 拿到bits 的地址，再取 * 获取到值
0x00000001000020f0 + 0x20 = 0x100002110

四、meta-class 对象

// 1. 获取类对象
(lldb) p/x Person.class
(Class) $0 = 0x0000000100002570 Person
// 2. 读取类对象的内存结构
(lldb) x/4gx 0x0000000100002570
0x100002570: 0x0000000100002548 0x0000000100334140
0x100002580: 0x000000010032e410 0x0000802400000000
// 3. 打印类对象的 isa 指针
(lldb) po 0x0000000100002548
Person

// 4. 通过runtime-api打印类对象的 isa 指针
(lldb) p/x object_getClass([Person class])
(Class) $3 = 0x0000000100002548

// 5. 测试结果获取到的Person meta-class 内存地址是一致的

// 6. 打印 Person meta-class 的内存结构
(lldb) x/4gx 0x0000000100002548
0x100002548: 0x00000001003340f0 0x00000001003340f0
0x100002558: 0x0000000100657ed0 0x0002e03500000007

// 7. 打印 Person meta-class 的isa ,返回的是 NSObject meta-class
(lldb) po 0x00000001003340f0
NSObject

// 8. 打印bits，通过Person meta-class 的地址 + offset(32)
(lldb) p/x 0x0000000100002568
(long) $6 = 0x0000000100002568
(lldb) p/x (class_data_bits_t *)0x0000000100002568
(class_data_bits_t *) $7 = 0x0000000100002568

// 9. 获取到 class_rw_t
(lldb) p $7.data()
(class_rw_t *) $8 = 0x00000001019043a0

// 10. 获取到Person 类方法
(lldb) p $8.methods()
(const method_array_t) $9 = {
  list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
     = {
      list = 0x0000000100002388
      arrayAndFlag = 4294976392
    }
  }
}
// 11. 打印Person 类方法
(lldb) p $9.list.get(0)
(method_t) $11 = {
  name = "class_eat"
  types = 0x0000000100000e38 "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100000b70 (KCObjc`+[Person class_eat])
}