iOS底层探索之类的结构(上)

Posted 2021-06-29 卡卡西Sensei

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了iOS底层探索之类的结构(上)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

回顾

在之前的几篇博客里面，我们知道了对象的本质是结构体(iOS底层探索之对象的本质和类的关联特性initIsa(上))，也了解了结构体的内存对齐(结构体底层探索)，也分析了下alloc的底层的源码(alloc底层探索)，也知道了实例化一个对象，底层是通过isa和类进行关联的。但一直都没有探索下类，那么接下来，我们就去底层看看类，揭开类的神秘面纱。
在这里插入图片描述

类的猜想

首先看看下面👇这个，我们实例化一个对象，在断点处进行调试

通过打印对象stu的地址，得到ISA，然后和掩码0x00007ffffffffff8作&运算，可以得到类

(lldb) x/4gx stu
0x10072a850: 0x011d800100008339 0x0000000000000000
0x10072a860: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) p/x 0x011d800100008339 & 0x00007ffffffffff8
(long) $1 = 0x0000000100008338
(lldb) po 0x0000000100008338
JPStudent

那么我们再作一个猜想，类是不是也有一个ISA，那么同步上面的操作看看

(lldb) x/4gx 0x0000000100008338
0x100008338: 0x0000000100008310 0x00000001000082c0
0x100008348: 0x00000001006ac3e0 0x000180200000000f
(lldb) p/x 0x0000000100008310 & 0x00007ffffffffff8
(long) $3 = 0x0000000100008310
(lldb) po 0x0000000100008310
JPStudent

我的天哪！
我的天那！
打印出来的是一模模一样样，都打印了JPStudent，地址完全不一样啊！一个是0x0000000100008338，一个是0x0000000100008310。那么类和对象一样，会在内存中无限开辟，不只存在一个类吗？那么我们去验证一下！

//MARK: - 分析类对象内存存在个数
void jpTestClassNum(void){
	Class class1 = [JPStudent class];
	Class class2 = [JPStudent alloc].class;
	Class class3 = object_getClass([JPStudent alloc]);
	Class class4 = [JPStudent alloc].class;
	NSLog(@"\\n%p-\\n%p-\\n%p-\\n%p",class1,class2,class3,class4);
}

打印结果

0x100008338-
0x100008338-
0x100008338-
0x100008338

从打印的结果来看，说明类只有一个，类在内存中有且只有一个。
那么0x0000000100008310，显然不是类，那么它是谁呢？是NSObject吗？

元类

(lldb) p/x NSObject.class
(Class) $5 = 0x000000010036a140 NSObject

那么不是NSObject，是什么呢？它是一个新的东西，是什么东东呢？我们通过烂苹果(MachoOView)可以查看
在这里插入图片描述
在编译的可以执行文件中，除了我们熟悉的 _OBJC_CLASS_$_JPStudent，还多了一个 _OBJC_METACLASS_$_JPStudent，但是我工程代码里面并没有去创建这个啊？在结构体的内存对齐(结构体底层探索)里面我们知道了，对象的结构里面有个ISA，指向类，那么类的ISA指向谁呢？没错，就是指向元类(META)，

元类META是由系统生成和编译的

根元类

那么元类的ISA指向哪里呢？

(lldb) x/4gx 0x0000000100008310
0x100008310: 0x000000010036a0f0 0x00000001000082e8
0x100008320: 0x000000010072adf0 0x0001e03100000007
(lldb) p/x 0x000000010036a0f0 & 0x00007ffffffffff8
(long) $6 = 0x000000010036a0f0
(lldb) po 0x000000010036a0f0
NSObject

从打印结果来看元类的ISA指向了根元类(NSObject)，那么根元类的ISA指向哪里呢？

从lldb调试，可以看到根元类指向了自己

对象 isa -> 类 isa -> 元类 isa -> 根元类 isa
根元类 isa -> 根元类 isa ->

来个图呗！这不好理解啊！
好，那么我就来个图，让大家好理解！

isa 走位

isa走位

从图中可以分析得出每个对象都有元类和根元类，根元类指向自己

代码测试验证

	// NSObject实例对象
	 NSObject *object1 = [NSObject alloc];
	// NSObject类
	 Class class1 = object_getClass(object1);
	 // NSObject元类
	 Class metaClass = object_getClass(class1);
	 // NSObject根元类
	 Class rootMetaClass = object_getClass(metaClass);
	 // NSObject根根元类
	 Class rootRootMetaClass = object_getClass(rootMetaClass);
	 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",object1,class1,metaClass,rootMetaClass,rootRootMetaClass);

控制台打印

0x10060d620 实例对象
0x10036a140 类
0x10036a0f0 元类
0x10036a0f0 根元类
0x10036a0f0 根根元类

元类继承链

类有继承关系，那么元类也有继承关系

// JPPerson元类
	 Class pMetaClass = object_getClass(JPPerson.class);
	 Class psuperClass = class_getSuperclass(pMetaClass);
	 NSLog(@"%@ - %p",psuperClass,psuperClass);

	 // JPStudent -> JPPerson -> NSObject
	 // 元类也有一条继承链
	 Class sMetaClass  = object_getClass(JPStudent.class);
	 Class ssuperClass = class_getSuperclass(tMetaClass);
	 NSLog(@"%@ - %p",ssuperClass,ssuperClass);

	 // NSObject 根类特殊情况
	 Class nsuperClass = class_getSuperclass(NSObject.class);
	 NSLog(@"%@ - %p",nsuperClass,nsuperClass);
	 // 根元类 -> NSObject
	 Class rnsuperClass = class_getSuperclass(metaClass);
	 NSLog(@"%@ - %p",rnsuperClass,rnsuperClass);

打印结果

 NSObject - 0x10036a0f0
 JPPerson - 0x100008300
 (null) - 0x0
 NSObject - 0x10036a140

从以上代码和运行结果来看

JPPerson的元类是NSObject
NSObject的父类是null,没有爸爸😂
NSObject根元类的父类是0x10036a140，这和上面的NSObject的类的地址0x10036a140，是一模模一样样，NSObject根元类又指向了NSObject这个类。