上一篇文章中我们探索了类的结构，留下了一个疑问就是class_ro_t和class_rw_t的区别，我们从这个区别开始。
class_ro_t和class_rw_t的区别
class_ro_t
class_ro_t存储了当前类在编译期就已经确定的属性、方法和遵循的协议,里面没有category的方法。运行时添加的方法存储在运行时生成的class_rw_t中。
ro标示的是read only,是无法进行修改的，我们看一下它的定义：
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;//方法列表的获取方法
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;//成员变量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;//属性列表
// This field exists only when RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER is set.
_objc_swiftMetadataInitializer __ptrauth_objc_method_list_imp _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
_objc_swiftMetadataInitializer swiftMetadataInitializer() const {
if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
return _swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
} else {
return nil;
}
}
const char *getName() const {
return name.load(std::memory_order_acquire);
}
static const uint16_t methodListPointerDiscriminator = 0xC310;
#if 0 // FIXME: enable this when we get a non-empty definition of __ptrauth_objc_method_list_pointer from ptrauth.h.
static_assert(std::is_same<
void * __ptrauth_objc_method_list_pointer *,
void * __ptrauth(ptrauth_key_method_list_pointer, 1, methodListPointerDiscriminator) *>::value,
"Method list pointer signing discriminator must match ptrauth.h");
#endif
method_list_t *baseMethods() const {
#if __has_feature(ptrauth_calls)
method_list_t *ptr = ptrauth_strip((method_list_t *)baseMethodList, ptrauth_key_method_list_pointer);
if (ptr == nullptr)
return nullptr;
// Don't auth if the class_ro and the method list are both in the shared cache.
// This is secure since they'll be read-only, and this allows the shared cache
// to cut down on the number of signed pointers it has.
bool roInSharedCache = objc::inSharedCache((uintptr_t)this);
bool listInSharedCache = objc::inSharedCache((uintptr_t)ptr);
if (roInSharedCache && listInSharedCache)
return ptr;
// Auth all other small lists.
if (ptr->isSmallList())
ptr = ptrauth_auth_data((method_list_t *)baseMethodList,
ptrauth_key_method_list_pointer,
ptrauth_blend_discriminator(&baseMethodList,
methodListPointerDiscriminator));
return ptr;
#else
return (method_list_t *)baseMethodList;
#endif
}
///省略代码
};
复制代码class_rw_t
类中的属性、方法还有遵循的协议等信息都保存在 class_rw_t中,它是可读可写的：
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint16_t witness;
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
uint16_t index;
#endif
explicit_atomic<uintptr_t> ro_or_rw_ext;
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
///省略代码
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class_rw_t生成在运行时,在编译期间，class_ro_t结构体就已经确定，objc_class中的bits的data部分存放着该结构体的地址。在runtime运行之后，具体说来是在运行runtime的realizeClass 方法时，会生成class_rw_t结构体，该结构体包含了class_ro_t，并且更新data部分，换成class_rw_t结构体的地址。
WWDC2020中类结构优化
二进制类在磁盘中的表现是：
类对象本身，包含最常访问的信息：指向元类，超类和方法缓存的指针，在类结构之中有指向包含更多数据的结构体class_ro_t的指针，包含了类的名称，方法，协议，实例变量等等编译期确定的信息。其中 ro 表示 read only 的意思。
当类被Runtime加载之后，类的结构会发生一些变化在了解这些变化之前，我们需要知道2个概念：
**Clean Memory：**加载后不会发生更改的内存块，class_ro_t属于Clean Memory，因为它是只读的。
**Dirty Memory：**运行时会进行更改的内存块，类一旦被加载，就会变成Dirty Memory，例如，我们可以在 Runtime 给类动态的添加方法。
Dirty Memory比Clean Memory要昂贵的多，因为它需要更多的内存信息，并且只要进程正在运行，就必须保留它。对于我们来说，越多的Clean Memory显然是更好的，因为它可以节约更多的内存。我们可以通过分离出永不更改的数据部分，将大多数类数据保留为Clean Memory，应该怎么做呢？
我们先看一下，类加载后的结构
在类加载到 Runtime 中后会被分配用于读取/写入数据的结构体class_rw_t。
事实证明，class_rw_t会占用比class_ro_t占用更多的内存，在 iPhone 中，我们在系统测量了大约 30MB 的这些class_rw_t结构。应该如何优化这些内存呢？通过测量实际设备上的使用情况，我们发现大约 10％ 的类实际会存在动态的更改行为，如动态添加方法，使用 Category 方法等。因此，我们能可以把这部分动态的部分提取出来，我们称之为class_rw_ext_t，所以，结构会变成这个样子。
经过拆分，可以把 90% 的类优化为Clean Memory，在系统层面，取得效果是节省了大约 14MB 的内存，使内存可用于更有效的用途。
更多内容可以查看苹果方法视频
小结
class_ro_t存放的是编译期间就确定的；而class_rw_t是在runtime时才确定，它会先将class_ro_t的内容拷贝过去，然后再将当前类的分类的这些属性、方法等拷贝到其中。所以可以说class_rw_t是class_ro_t的超集，当然实际访问类的方法、属性等也都是访问的class_rw_t中的内容。
Type Encodings
在前面我们执行clang将main.m文件转换成main.cpp文件的时候，我们发现有一些编码,例如
{(struct objc_selector *)"setNickName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_JSPerson_setNickName_},中的v24@0:8@16,这其实就是运行时中的encode编码，它的编码表如下：
v24@0:8@16的含义也就是：
v:void24：占用的内存@: 对象类型参数self0:上面参数从0位置开始::SEL8:SEL从8位置开始@:对象类型，实际传入的第一个参数16:从16位置开始
setter方法底层
我们首先定义一个JSPerson类：
@interface JSPerson : NSObject
{
NSString *hobby; //
int a;
NSObject *objc; //
}
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (atomic, copy) NSString *acnickName;
@property (nonatomic) NSString *nnickName;
@property (atomic) NSString *anickName;
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (atomic, strong) NSString *aname;
@end
@implementation JSPerson
@end
复制代码通过clang命令将其转换成转换成c++代码：
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
我们在main.cpp全局搜索JSPerson,定位到类的方法的代码：
// @implementation JSPerson
static NSString * _I_JSPerson_nickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_nickName)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);
static void _I_JSPerson_setNickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *nickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _nickName), (id)nickName, 0, 1); }
extern "C" __declspec(dllimport) id objc_getProperty(id, SEL, long, bool);
static NSString * _I_JSPerson_acnickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { typedef NSString * _TYPE;
return (_TYPE)objc_getProperty(self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _acnickName), 1); }
static void _I_JSPerson_setAcnickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *acnickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _acnickName), (id)acnickName, 1, 1); }
static NSString * _I_JSPerson_nnickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_nnickName)); }
static void _I_JSPerson_setNnickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *nnickName) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_nnickName)) = nnickName; }
static NSString * _I_JSPerson_anickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_anickName)); }
static void _I_JSPerson_setAnickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *anickName) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_anickName)) = anickName; }
static NSString * _I_JSPerson_name(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_name)); }
static void _I_JSPerson_setName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_name)) = name; }
static NSString * _I_JSPerson_aname(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_aname)); }
static void _I_JSPerson_setAname_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *aname) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_aname)) = aname; }
// @end
复制代码可以看到，各个属性的get和set方法如上，可以发现，不同属性的set方法执行的方法不一定相同，比如：
name的set方法：static void _I_JSPerson_setName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_name)) = name; }nickName的set方法：static void _I_JSPerson_setNickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *nickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _nickName), (id)nickName, 0, 1); }
name的set方法内存平移，nickName的set方法调用的是objc_setProperty ,这两种方式的是怎么确定的呢，什么情况下属性的set方法调用objc_setProperty方法呢？探究这个问题我们就需要使用LLVM了，我们从github上下载LLVM的源码，下载地址。
LLVM源码里我们全局搜索objc_setProperty ,查找调用这个方法的地方，发现了getSetPropertyFn方法,它的返回值是CGM.CreateRuntimeFunction(FTy, "objc_setProperty");：
llvm::FunctionCallee getSetPropertyFn() {
CodeGen::CodeGenTypes &Types = CGM.getTypes();
ASTContext &Ctx = CGM.getContext();
// void objc_setProperty (id, SEL, ptrdiff_t, id, bool, bool)
CanQualType IdType = Ctx.getCanonicalParamType(Ctx.getObjCIdType());
CanQualType SelType = Ctx.getCanonicalParamType(Ctx.getObjCSelType());
CanQualType Params[] = {
IdType,
SelType,
Ctx.getPointerDiffType()->getCanonicalTypeUnqualified(),
IdType,
Ctx.BoolTy,
Ctx.BoolTy};
llvm::FunctionType *FTy =
Types.GetFunctionType(
Types.arrangeBuiltinFunctionDeclaration(Ctx.VoidTy, Params));
return CGM.CreateRuntimeFunction(FTy, "objc_setProperty");
}
复制代码接下来搜索关键字getSetPropertyFn()，同样是查找调用的地方：
llvm::FunctionCallee GetPropertySetFunction() override {
return ObjCTypes.getSetPropertyFn();
}
复制代码这里只是一个中间调用的方法，我们继续搜索关键字GetPropertySetFunction(),找调用的地方：
void
CodeGenFunction::generateObjCSetterBody(const ObjCImplementationDecl *classImpl,
const ObjCPropertyImplDecl *propImpl,
llvm::Constant *AtomicHelperFn) {
//省略代码
switch (strategy.getKind()) {
case PropertyImplStrategy::Native: {
// We don't need to do anything for a zero-size struct.
if (strategy.getIvarSize().isZero())
return;
Address argAddr = GetAddrOfLocalVar(*setterMethod->param_begin());
LValue ivarLValue =
EmitLValueForIvar(TypeOfSelfObject(), LoadObjCSelf(), ivar, /*quals*/ 0);
Address ivarAddr = ivarLValue.getAddress(*this);
// Currently, all atomic accesses have to be through integer
// types, so there's no point in trying to pick a prettier type.
llvm::Type *bitcastType =
llvm::Type::getIntNTy(getLLVMContext(),
getContext().toBits(strategy.getIvarSize()));
// Cast both arguments to the chosen operation type.
argAddr = Builder.CreateElementBitCast(argAddr, bitcastType);
ivarAddr = Builder.CreateElementBitCast(ivarAddr, bitcastType);
// This bitcast load is likely to cause some nasty IR.
llvm::Value *load = Builder.CreateLoad(argAddr);
// Perform an atomic store. There are no memory ordering requirements.
llvm::StoreInst *store = Builder.CreateStore(load, ivarAddr);
store->setAtomic(llvm::AtomicOrdering::Unordered);
return;
}
case PropertyImplStrategy::GetSetProperty:
case PropertyImplStrategy::SetPropertyAndExpressionGet: {
llvm::FunctionCallee setOptimizedPropertyFn = nullptr;
llvm::FunctionCallee setPropertyFn = nullptr;
if (UseOptimizedSetter(CGM)) {
// 10.8 and iOS 6.0 code and GC is off
setOptimizedPropertyFn =
CGM.getObjCRuntime().GetOptimizedPropertySetFunction(
strategy.isAtomic(), strategy.isCopy());
if (!setOptimizedPropertyFn) {
CGM.ErrorUnsupported(propImpl, "Obj-C optimized setter - NYI");
return;
}
}
else {
setPropertyFn = CGM.getObjCRuntime().GetPropertySetFunction();
if (!setPropertyFn) {
CGM.ErrorUnsupported(propImpl, "Obj-C setter requiring atomic copy");
return;
}
}
}
复制代码这里是个switch语句，调用的条件取决于strategy.getKind(),我们接下来就搜索PropertyImplStrategy找一下类型是什么时候设置的，在PropertyImplStrategy的定义中我们找到了答案：copy修饰的属性会有Kind = GetSetProperty,也就是set方法会调用objc_setProperty
// If we have a copy property, we always have to use getProperty/setProperty.
// TODO: we could actually use setProperty and an expression for non-atomics.
if (IsCopy) {
Kind = GetSetProperty;
return;
}
复制代码我们写代码验证一下：
@property (nonatomic, copy) NSString *nickName;
@property (atomic, copy) NSString *acnickName;
@property (nonatomic) NSString *nnickName;
@property (atomic) NSString *anickName;
复制代码我们定义四个属性，然后用clang将其转换成c++代码：
static NSString * _I_JSPerson_nickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_nickName)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);
static void _I_JSPerson_setNickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *nickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _nickName), (id)nickName, 0, 1); }//copy
extern "C" __declspec(dllimport) id objc_getProperty(id, SEL, long, bool);
static NSString * _I_JSPerson_acnickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { typedef NSString * _TYPE;
return (_TYPE)objc_getProperty(self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _acnickName), 1); }
static void _I_JSPerson_setAcnickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *acnickName) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct JSPerson, _acnickName), (id)acnickName, 1, 1); }//copy
static NSString * _I_JSPerson_nnickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_nnickName)); }
static void _I_JSPerson_setNnickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *nnickName) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_nnickName)) = nnickName; }//strong
static NSString * _I_JSPerson_anickName(JSPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_anickName)); }
static void _I_JSPerson_setAnickName_(JSPerson * self, SEL _cmd, NSString *anickName) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JSPerson$_anickName)) = anickName; }//strong
复制代码小结
set方法在底层并不是定义了很多set方法调用，而是采用内存平移或调用objc_setProperty方法。- 使用
copy修饰的属性的set方法调用的是objc_setProperty方法。 - 没有
copy修饰的属性的set方法是内存平移。
isKindOfClassvsisMemberOfClass
我们平时开发经常会使用isKindOfClass和isMemberOfClass方法来判断对象的类型，从一个例子开始。首先定义两个继承关系的类：
@interface JSPerson : NSObject{
NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic) int age;
@end
@implementation JSPerson
@end
@interface JSTeacher : JSPerson
@property (nonatomic, copy) NSString *hobby;
- (void)teacherSay;
@end
@implementation JSTeacher
- (void)teacherSay{
NSLog(@"%s",__func__);
}
@end
复制代码我们定义一个方法，用来打印方法的结果：
void jsKindofDemo(void){
BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re3 = [(id)[JSPerson class] isKindOfClass:[JSPerson class]]; //
BOOL re4 = [(id)[JSPerson class] isMemberOfClass:[JSPerson class]]; //
NSLog(@" re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);
BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]; //
BOOL re7 = [(id)[JSPerson alloc] isKindOfClass:[JSPerson class]]; //
BOOL re8 = [(id)[JSPerson alloc] isMemberOfClass:[JSPerson class]]; //
NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);
}
复制代码打印结果如下：
re1 :1
re2 :0
re3 :0
re4 :0
re5 :1
re6 :1
re7 :1
re8 :1
复制代码re5–re8符合我们平时使用的思想，对象判断是否是类，re1–re4是什么情况呢，我们看isKindOfClass底层源码：
// Calls [obj isKindOfClass]
BOOL
objc_opt_isKindOfClass(id obj, Class otherClass)
{
#if __OBJC2__//我们只看这里 objc2
if (slowpath(!obj)) return NO;
Class cls = obj->getIsa();//获取对象（类对象）的类（元类）
if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
for (Class tcls = cls; tcls; tcls = tcls->getSuperclass()) {//遍历父类
if (tcls == otherClass) return YES;
}
return NO;
}
#endif
return ((BOOL(*)(id, SEL, Class))objc_msgSend)(obj, @selector(isKindOfClass:), otherClass);
}
复制代码通过源码和上一篇中isa的走位和继承链，我们可以看出
-
实例对象调用：1、获取对象的类。2、依次查找对象的类和父类，如果和传入的类相等返回
YES，遍历结束未找到返回NO即查找顺序：
对象的类->父类->根类(NSObject)->nil -
类对象：1、获取到类的元类。2、依次查找元类及元类的父类，如果和传入的类相等返回
YES，遍历结束未找到返回NO即查找顺序：
元类->元类父类->根元类->根类（NSObject）->nil
通过上面的结论，我们看上面的例子：
re1:传入是NSObject的类对象，首先找它的元类即根元类，根元类的父类是NSObject=传入的第二个参数，所以re1=1re3:传入是JSPerson的类对象，首先找它的元类，依次找元类的父类到根元类，最后到根类，没有类=[JSPerson class],所以re3=0re5:传入是NSObject的实例对象，找它的类就是NSObject=[NSObject class],所以re5=1re7:传入是JSPerson的实例对象，找它的类就是JSPerson=[JSPerson class],所以re7=1
我们继续看isMemberOfClass的源码
//类方法
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
return self->ISA() == cls;
}
//实例方法
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
return [self class] == cls;
}
复制代码可以看出：
- 实例对象：判断实例对象的类和传入的类是否相等，即
类是否相等 - 类对象:判断类的元类是否和传入的类相等，即看
元类
通过上面结论我们继续看例子：
re2:传入是NSObject的类对象，首先找它的元类即根元类，根元类不是NSObject类，所以re2=0re4:传入是JSPerson的类对象，首先找它的元类，元类！=[JSPerson class],所以re4=0re6:传入是NSObject的实例对象，找它的类就是NSObject=[NSObject class],所以re6=1re8:传入是JSPerson的实例对象，找它的类就是JSPerson=[JSPerson class],所以re8=1
本文我们主要研究了类的ro和rw的区别，属性的set方法，以及isKindOfClassvsisMemberOfClass的源码，类的探究就到这里了，有遗漏的话后面会补充。
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THE END
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