底层原理-04-类的探究-一一网

1.类的关系探究

类是否是具有唯一性

    Class class1 = [KBSon class];
    Class class2 = [KBSon alloc].class;
    Class class3 = object_getClass([KBSon alloc]);
    Class class4 = [KBSon class];
    NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n%p",class1,class2,class3,class4);
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打印后地址都是 0x100008400-0x100008400-0x100008400-0x100008400说明在我们内存中KBSon应该是唯一的，类似我们开发中 单例的概念。

类的继承

我们在iOS开发中经常使用继承，子类可以使用父类的方法和属性。

    KBSon *son = [KBSon alloc];
    KBFather  *father = [KBFather alloc];
    NSLog(@"%@-%@",son,father);
    NSLog(@"%@",class_getSuperclass(son.class));
    NSLog(@"%@",class_getSuperclass(father.class));
    NSLog(@"%@",class_getSuperclass(NSObject.class));
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打印后发现KBSon -> KBFather -> NSObject -> null它们的继承关系如下，
说明 NSObject就是最根本的类没有父类，类似 亚当和夏娃。在oc中所有的类都是继承于NSObject

截屏2021-06-18 下午2.15.21.png

isa走向

我们在新的方法中探究下 son的isa走位

KBSon *son = [[KBSon alloc]init];
    
    Class selfClass = object_getClass(son.class);
    
    Class superClass = object_getClass(selfClass);
    
    Class superSuperClass = object_getClass(superClass);
    
    Class rootClass = object_getClass(NSObject.class);
    NSLog(@"\n%@-%p 实例对象\n%@-%p 类\n%@-%p 元类\n%@-%p 根元类\n%@-%p 根根元类",son,son,selfClass,selfClass,superClass,superClass,superSuperClass,superSuperClass,rootClass,rootClass);
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打印发现

<KBSon: 0x10067f800>-0x10067f800 实例对象
KBSon-0x1000083f0 类
NSObject-0x7fff88b97ca0 元类
NSObject-0x7fff88b97ca0 根元类
NSObject-0x7fff88b97ca0 根根元类
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对应的关系如下

截屏2021-06-18 下午3.00.30.png

元类的继承

我们继续看下son 的 superClass

  
    Class sMetaClass = object_getClass(KBSon.class);
    Class sSuperMetaClass = class_getSuperclass(sMetaClass);
    Class sRootMetaClass = class_getSuperclass(sSuperMetaClass);
    Class sRootSuperMetaClass = class_getSuperclass(sRootMetaClass);
    Class lastMetaClass = class_getSuperclass(sRootSuperMetaClass);
    NSLog(@"%@ - %@ - %@-%@- %@",sMetaClass,sSuperMetaClass,sRootMetaClass,sRootSuperMetaClass,lastMetaClass);
复制代码

打印后

2021-06-18 15:40:02.117330+0800 类的原理分析[36495:1702498] KBSon - KBFather - NSObject-NSObject- (null)

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他们的关系如下

截屏2021-06-18 下午4.12.09.png

最终得到了isa和继承关系

isa流程图.png

2.类的构成探究

2.1 类的源码分析

之前我们使用终端使用Clang编译器命令编译探究我们我们知道类是类似

struct NSObject_IMPL {
	Class isa;
};
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isa 就是类的地址。我们通过源码分析可知
结构体中包含一个isa指针，指向 object_class

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */
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OBJC2_UNAVAILABLE表明2.0以后在使用，废弃了。使用新的struct objc_class
在objc-runtime-new 中查看

struct objc_class : objc_object {
  objc_class(const objc_class&) = delete;
  objc_class(objc_class&&) = delete;
  void operator=(const objc_class&) = delete;
  void operator=(objc_class&&) = delete;
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    ...下面有一些方法具体参考源码

}
复制代码

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;

public:

    // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
    Class ISA(bool authenticated = false);

    // rawISA() assumes this is NOT a tagged pointer object or a non pointer ISA
    Class rawISA();

    // getIsa() allows this to be a tagged pointer object
    Class getIsa();
    
    uintptr_t isaBits() const;
      ...下面有一些方法具体参考源码
    }
    
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ISA：继承自objc_object，指向元类。
superclass：指向父类。
cache：方法缓存，当调用一次方法后就会缓存进vtable中，加速下次调用。
bits：具体类信息（成员变量、属性、方法）。

bits是class_rw_t 类型的
我们通过源码得到

struct class_rw_t {
.....不关注.....
   const method_array_t methods() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->methods;
        } else {
            return method_array_t{v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext)->baseMethods()};
        }
    }

    const property_array_t properties() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->properties;
        } else {
            return property_array_t{v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext)->baseProperties};
        }
    }

    const protocol_array_t protocols() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->protocols;
        } else {
            return protocol_array_t{v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext)->baseProtocols};
        }
    }

}
复制代码

封装了获取 methods、properties、 protocols的方法。我能怎么获取呢？

2.2 类的内存组成

struct cache_t {
private:
    explicit_atomic<uintptr_t> _bucketsAndMaybeMask; //uintptr_t 8字节
    union {
        struct {
            explicit_atomic<mask_t>    _maybeMask;  // mask_t 4字节
#if __LP64__
            uint16_t                   _flags;  // 2 字节
#endif
            uint16_t                   _occupied; // 2 字节
        };
        explicit_atomic<preopt_cache_t *> _originalPreoptCache;
    };
}
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是由2部分组成 _bucketsAndMaybeMask和union 联合体中有一个 _originalPreoptCache (指针 8字节)与结构体（ _originalPreoptCache 与结构体只需要计算一个，共用一块内存）。所以cache_t大小为 16 字节。

2.3 lldb分析

2.3.1 isa 打印验证

截屏2021-06-19 下午4.29.33.png
通过打印可以验证之前isa指针指向

2.3.2 继承打印验证

截屏2021-06-19 下午4.43.01.png
打印发现父类的指针地址确实指向父类，NSObject 的父类nil

2.3.3 元类继承验证

截屏2021-06-19 下午5.03.32.png
通过打印类的内存地址找到元类，用元类的内存地址打印找到父元类，之后继续查找到nsobject ，nsobject的父类为空

2.3.4 属性打印验证

截屏2021-06-18 下午5.14.37.png
通过控制台进行打印。

前面得到了想要获取 bites要进行首位置偏移8+8+16个单位
拿到后进行强转class_data_bits_t *
调用 data() 函数获取 class_rw_t指针
打印 class_rw_t

我们要获取属性
通过properties获取到的属性是一个property_array_t，结构如下：

class property_array_t : 
    public list_array_tt<property_t, property_list_t, RawPtr>
{
    typedef list_array_tt<property_t, property_list_t, RawPtr> Super;

 public:
    property_array_t() : Super() { }
    property_array_t(property_list_t *l) : Super(l) { }
};
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截屏2021-06-19 下午5.22.49.png

通过访问 ptr 能够获取到 property_list_t 数组:
$4 就相当于迭代器了,property_list_t源码结构如下：

struct property_list_t : entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0> {
};
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最终通过get方法获取属性但是没有 成员变量说明成员变量不存在这。

2.3.4 方法打印验证

上面我们知道class_rw_t中有属性列表还有methods 同样的方式打印方法

截屏2021-06-19 下午5.38.33.png
一共8个方法，3个属性的set和get方法共6个，一个自定义的实例方法，一个 alloc 方法，没有 类方法（是method_t中有一个结构体big中有name和imp，并且提供了一个big方法，所以可以通过big方法获取）

struct method_t {
//......
    struct big {
        SEL name;
        const char *types;
        MethodListIMP imp;
    };
    big &big() const {
        ASSERT(!isSmall());
        return *(struct big *)this;
    }
//......
};
复制代码

2.3.4 成员变量打印验证

在properties中并没有找到成员变量，但是在class_rw_t的methods()附近发现了ro()，它返回class_ro_t类型：

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    union {
        const uint8_t * ivarLayout;
        Class nonMetaclass;
    };

    explicit_atomic<const char *> name;
    // With ptrauth, this is signed if it points to a small list, but
    // may be unsigned if it points to a big list.
    void *baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
};
复制代码

ivar_list_t类型：


struct ivar_list_t : entsize_list_tt<ivar_t, ivar_list_t, 0> {
    bool containsIvar(Ivar ivar) const {
        return (ivar >= (Ivar)&*begin()  &&  ivar < (Ivar)&*end());
    }
};


复制代码

截屏2021-06-19 下午5.51.56.png
一共6个属性，完整的得到了

2.3.4 类方法打印验证

在之前的methods()中并没有找到类方法，根据isa的走位直接进去元类查看。元类的结构也是objc_class所以可以尝试同样的方式获取。

截屏2021-06-19 下午5.59.17.png
都是objc_class所以可以用相同的方式进行获取，最终得到了类方法。
题外：实例对象包含成员变量的具体值

@implementation LGTeacher
- (instancetype)init{
   
    self = [super init];
    if (self) {
        self.nickName = @"父亲";
        [self saySomething];
        return self;
    }
    return nil;
}

复制代码

截屏2021-06-19 下午6.06.32.png

总结：

instance 对象（实例对象）：成员变量的具体值、isa 指针
复制代码

class 对象（类对象）：对象方法、属性、成员变量、协议信息、isa 指针、superclass 指针
复制代码

meta-class 对象（元类对象，即描述对象的对象，元数据是指描述数据的数据）：类方法、isa 指针、superclass 指针。
复制代码

我通过源码分析和实际的lldb打印有了更深的理解，对于isa走位图理解更深刻了。

文章版权归作者所有，未经允许请勿转载。

THE END

IOS

@Phrozensmoke Phrozensmoke Gyach Enhanced输入验证漏洞

Google Chrome V8 缓冲区溢出漏洞

Qool CMS 多个HTML注入漏洞

从零开始学习3D可视化之拾取

Apple iOS WebKit 资源管理错误漏洞

Flutter 开发文档(1)- 开始环境搭建

底层原理-04-类的探究

1.类的关系探究

2.类的构成探究

2.1 类的源码分析

2.2 类的内存组成

2.3 lldb分析

2.3.1 isa 打印验证

2.3.2 继承打印验证

2.3.3 元类继承验证

2.3.4 属性打印验证

2.3.4 方法打印验证

2.3.4 成员变量打印验证

2.3.4 类方法打印验证

总结：

@Phrozensmoke Phrozensmoke Gyach Enhanced输入验证漏洞

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Qool CMS 多个HTML注入漏洞

从零开始学习3D可视化之拾取

Apple iOS WebKit 资源管理错误漏洞

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底层原理-04-类的探究

1.类的关系探究

2.类的构成探究

2.1 类的源码分析

2.2 类的内存组成

2.3 lldb分析

2.3.1 isa 打印验证

2.3.2 继承 打印验证

2.3.3 元类 继承验证

2.3.4 属性 打印验证

2.3.4 方法 打印验证

2.3.4 成员变量 打印验证

2.3.4 类方法 打印验证

总结：

2.3.2 继承打印验证

2.3.3 元类继承验证

2.3.4 属性打印验证

2.3.4 方法打印验证

2.3.4 成员变量打印验证

2.3.4 类方法打印验证