内容简介:本文的切入点是2014年的一场线下分享会,也就是sunnyxx分享的objc runtime。很惭愧,这么多年了才完整的看了一下这个分享会视频。当时他出了一份试题,并戏称精神病院objc runtime入院考试。我们今天的这篇文章就是从这个试题中的题目入手,来深入的学习runtime。第一行的
本文的切入点是2014年的一场线下分享会,也就是sunnyxx分享的objc runtime。很惭愧,这么多年了才完整的看了一下这个分享会视频。当时他出了一份试题,并戏称精神病院objc runtime入院考试。
我们今天的这篇文章就是从这个试题中的题目入手,来深入的学习runtime。
源码版本objc4-750
第一题
@implementation Son : Father - (id)init { self = [super init]; if (self) { NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class])); NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class])); } return self; } @end
第一行的 [self class]
应该是没有疑问的,肯定是 Son
,问题就出在这个 [super class]
。
大家都知道,我们OC的方法在底层会编译为一个 objc_msgSend
的方法(消息发送), [self class]
符合这个情况,因为self是类的一个隐藏参数。但是 super
并不是一个参数,它是一个关键字,实际上是一个“编译器标示符”,所以这就有点不一样了,经查阅资料,在调用 [super class]
的时候,runtime调用的是 objc_msgSendSuper
方法,而不是 objc_msgSend
。
首先要做的是验证一下是否是调用了 objc_msgSendSuper
。这里用到了clang这个工具,我们可以把OC的代码转成C/C++。
@implementation Son - (void)test { [super class]; } @end
在终端运行 clang -rewrite-objc Son.m
生成一个Son.cpp文件。
在这个.cpp文件的底部我们可以找到这么一部分代码
// @implementation Son static void _I_Son_test(Son * self, SEL _cmd) { ((Class (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("Son"))}, sel_registerName("class")); } // @end
看起来乱七八糟,有很多强制类型转换的代码,不用理它,我们只要看到了我们想要的 objc_msgSendSuper
就好。
去源码中看一下这个方法(具体实现好像是汇编,看不懂)
OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ ) OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
可以看出来这个方法第一个参数是一个 objc_super
类型的结构体,第二个是一个我们常见的SEL,后面的...代表还有扩展参数。
再看一下这个 objc_super
结构体。
/// Specifies the superclass of an instance. struct objc_super { /// Specifies an instance of a class. __unsafe_unretained _Nonnull id receiver; /// Specifies the particular superclass of the instance to message. #if !defined(__cplusplus) && !__OBJC2__ /* For compatibility with old objc-runtime.h header 为了兼容老的 */ __unsafe_unretained _Nonnull Class class; #else __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class; #endif /* super_class is the first class to search */ };
第一个参数是接收消息的receiver,第二个是super_class(见名知意~ :laughing:)。我们和上面提到的.cpp中的代码对应一下就会发现重点了, receiver是self 。
所以,这个 [super class]
的工作原理是,从 objc_super
结构体的 super_class
指向类的方法列表开始查找 class
方法,找到这个方法之后使用 receiver
来调用。
所以,调用 class
方法的其实还是 self
,结果也就是打印 Son
。
第二题
下面代码的结果?
BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]]; BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]; BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]]; BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
对于这个问题我们就要从OC类的结构开始说起了。
我们都应该有所了解,每一个Objective-c的对象底层都是一个 C语言 的结构体,在之前老的源码中体现出,所有对象都包含一个 isa
类型的指针,在新的源码中已经不是这样了,用一个结构体 isa_t
代替了 isa
。这个 isa_t
结构体包含了当前对象指向的类的信息。
我们来看看当前的类的结构,首先从我们的祖宗类NSObject开始吧。
@interface NSObject <NSObject> { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; }
我们的NSObject类有一个Class类型的变量isa,通过源码我们可以了解到这个Class到底是什么
typedef struct objc_class *Class; typedef struct objc_object *id; struct objc_object { private: isa_t isa; } struct objc_class : objc_object { // 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 }
上面的代码是我从源码中复制拼到一起来的。可以看出来,Class就是是一个objc_class结构体,objc_class中有四个成员变量 Class superclass
, cache_t cache
, class_data_bits_t bits
,和从 objc_object
中继承过来的 isa_t isa
。
当Objc为一个对象分配内存,初始化实例变量后,在这些实例变量的结构体中第一个就是isa。
而且从上面的objc_class的结构可以看出来,不仅仅是实例会包含一个isa结构体,所有的类也会有这个isa。
所以说,我们可以得出这样一个结论:Objective-c中的类也是一个对象。
那现在就有了一个新的问题,类的isa结构体中储存的是什么?这里就要引入一个 元类
的概念。
知识补充:
在Objective-c中,每个对象能执行的方法并没有存在这个对象中,因为如果每一个对象都单独储存可执行的方法,那对内存来说是一个很大的浪费,所以说每个对象可执行的方法,也就是我们说的一个类的实例方法,都储存在这个类的 objc_class
结构体中的 class_data_bits_t
结构体里面。在执行方法是,对象通过自己的isa找到对应的类,然后在 class_data_bits_t
中查找方法实现。
关于方法的结构,可以看这篇博客来理解一些。( 跳转链接 )
引入元类就是来保证了实例方法和类方法查找调用机制的一致性。
所以让一个类的isa指向他的元类,这样的话,对象调用实例方法可以通过isa找到对应的类,然后查找方法的实现并调用,在调用类方法的时候,通过类的isa找到对应的元类,在元类里完成类方法的查找和调用。
下面这种图也是在网上很常见的了,不需要过多解释,大家看一下记住就行了。
看到这里我们就要回到我们的题目上了。首先呢,还是要去看一下这个源码中 isKindOfClass:
和 isMemberOfClass:
的实现了。
isKindOfClass
先看 isKindOfClass
吧,源码中提供了一个类方法一个实例方法。
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls { for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) { if (tcls == cls) return YES; } return NO; } - (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls { for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) { if (tcls == cls) return YES; } return NO; }
总体的逻辑都是一样的,都是先声明一个Class类型的tcls,然后把这个tcls跟cls比较,看是否相等,如果不相等则循环tcls的各级superclass来进行比较,直到为tcls为nil停止循环。
不同的地方就是类方法初始的tcls是 object_getClass((id)self)
,实例方法的是 [self class]
。
object_getClass((id)self)
其实是返回了这个self的isa对应的结构,因为这个方法是在类方法中调用的,self则代表这个类,那 object_getClass((id)self)
返回的也应该是这个类的元类了。
其实在 -isKindOfClass
这个实例方法中,调用方法的是一个对象,tcls初始等于 [self class]
,也就是对相对应的类。我们可以看出来,在实例方法中这个tcls初始的值也是方法调用者的isa对应的结构,跟类方法中逻辑是一致的。
回到我们的题目中,
BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
[NSObject class]
也就是NSObject类调用这个 isKindOfClass:
方法(类方法),方法的参数也是NSObject的类。
在第一次循环中,tcls对应的应该是NSObject的isa指向的,也就是NSObject的元类,它跟NSObject类不相等。第二次循环,tcls取自己的superclass继续比较,我们上面的那个图,大家可以看一下,NSObject的元类的父类就是NSObject这个类本身,在与NSObject比较结果是相等。所以res1为YES。
BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
跟上面一样来分析,在第一次循环中,tcls对应的应该是Sark的isa指向的,也就是Sark的元类,跟Sark的类相比,肯定是不相等。第二次循环,tcls取superclass,从图中可以看出,Sark元类的父类是NSObject的元类,跟Sark的类相比,肯定也是不相等。第三次循环,NSObject元类的父类是NSObject类,也不相等。再取superclass,NSObject的superclass为nil,循环结束,返回NO,所以res3是NO。
isMemberOfClass
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls { return object_getClass((id)self) == cls; } - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls { return [self class] == cls; }
有了上面isKindOfClass逻辑分析的基础,isMemberOfClass的逻辑我们应该很清楚,就是使用方法调用者的isa对应的结构和传入的cls参数比较。
BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]; BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
NSObject类的isa对应的是NSObject的元类,和NSObject类相比不相等,所以res2为NO。
Sark类的isa对应的是Sark的元类,和Sark类相比也是不相等,所以,res4也是NO。
第三题
下面的代码会?Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?
@interface NSObject (Sark) + (void)foo; @end @implementation NSObject (Sark) - (void)foo { NSLog(@"IMP: -[NSObject (Sark) foo]"); } @end // 测试代码 [NSObject foo]; [[NSObject new] foo];
[[NSObject new] foo];
这一个代码应该是毫无疑问会调用到 -foo
方法。问题就在这个 [NSObject foo]
,因为在我们的认识中 [NSObject foo]
是调用的类方法,实现的是实例方法,应该不能调用到。
其实这个题的考点跟第二个题差不多,我们已经知道了,一个类的实例方法储存在类中,类方法储存在这个类的元类。所以NSObject在调用foo这个方法是,会先去NSObject的元类中找这个方法,没有找到,那就要去父类中继续查找。上面图已经给出了,NSObject的元类的父类是NSObject类,所以在NSObject中查找方法,找到方法之后执行打印。
第四题
下面的代码会?Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?
@interface Sark : NSObject @property (nonatomic, copy) NSString *name; @end @implementation Sark - (void)speak { NSLog(@"my name's %@", self.name); } @end @implementation ViewController - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; id cls = [Sark class]; void *obj = &cls; [(__bridge id)obj speak]; } @end
这里我们先上结果:
my name's <ViewController: 0x7f9454c1c680>
不管地址是多少,打印的总是ViewController。
我们先想一下为什么可以成功的调用speak?
id cls = [Sark class];
创建了一个Sark的class。 void *obj = &cls;
创建一个obj指针指向了cls的地址。最后使用 (__bridge id)obj
把这个obj指针转成一个oc的对象,用对象来调用speak,所以可以调用成功。
我们在方法中输出的是 self.name
,为什么会打印出来ViewController?
经过查阅资料得知,在调用self.name的时候,本质上是self指针在内存向高位地址偏移一个指针。(这个还得以后深入研究)
为了验证一下查到的这个结论,我改写了一下 speak
方法中的代码如下。
- (void)speak { unsigned int count = 0; Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &count); for (int i = 0; i < count; i ++) { Ivar ivar = ivars[i]; ptrdiff_t offSet = ivar_getOffset(ivar); const char * n = ivar_getName(ivar); NSLog(@"%@-----%ld",[NSString stringWithUTF8String:n],offSet); } NSLog(@"my name's %@", self.name); }
取到类的各个变量,然后打印出他的偏移。输出结构如下:
_name-----8
偏移了一个指针。
那为什么打印出来了ViewController的地址,我们就要研究各个变量的内存地址位置关系了。
在 iewDidLoad
中变量的压栈顺序如下所示:
第一个参数self和第二个参数_cmd是隐藏参数,第三和第四个参数是执行 [super viewDidLoad]
之后进栈的,之前第一题的时候我们有了解过,super调用的方法在底层编译之后会有一个 objc_super
类型的结构体。在结构体中有receiver和super_class两个变量,receiver就是self。
我在网上查过很多的资料,都是super_class比receiver(self)先入栈,不太懂为什么是super_class先入。
最后是生成的obj进栈。
所以在打印self.name的时候,是obj的指针向高位偏移了一个指针,也就是self,所以打印出来的是ViewController的指针。
参考
https://github.com/draveness/...
http://blog.sunnyxx.com/2014/...
以上所述就是小编给大家介绍的《深入学习runtime》,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持!
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