iOS ------ 对象和类

已于 2024-07-19 17:12:47 修改
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文章标签： ios objective-c
于 2024-06-11 22:39:00 首次发布
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一，OC对象本质，用clang编译main.m

OC对象结构都是通过基础的C/C++结构体实现的，我们通过创建OC文件及对象，将OC对象转化为C++文件来探寻OC对象的本质。

代码：


@interface HTPerson : NSObject
@property(nonatomic,strong)NSString *name;
@end

@implementation HTPerson

@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
   @autoreleasepool {
       HTPerson *person = [[HTPerson alloc]init];
      
       NSLog(@"Hello, World!");
   }
   return 0;
}

通过命令行将OC的main文件转化为C++文件

我们通过命令行将OC的mian.m文件转化为c++文件。

复制代码clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp // 这种方式没有指定架构例如arm64架构 其中cpp代表（c plus plus）
生成 main.cpp

我们可以指定架构模式的命令行，使用xcode工具 xcrun

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 
生成 main-arm64.cpp 

#ifndef _REWRITER_typedef_HTPerson
#define _REWRITER_typedef_HTPerson
typedef struct objc_object HTPerson;
typedef struct {} _objc_exc_HTPerson;
#endif

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_HTPerson$_name;
struct HTPerson_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
	NSString *_name;
};

// @property (nonatomic, strong) NSString* name;
/* @end */

// @implementation HTPerson

static NSString * _I_HTPerson_name(HTPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_HTPerson$_name)); }
static void _I_HTPerson_setName_(HTPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_HTPerson$_name)) = name; }
// @end
int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        HTPerson* person = ((HTPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((HTPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("HTPerson"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
    }
    return 0;
}

可以观察到HTPerson类的对象的本质就是结构体（struct）

struct HTPerson_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
	NSString *_name;
};

struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS是继承于父类NSObject的实例变量。这种方法模拟了类继承的行为，确保HTPerson对象不仅拥有自己的实例变量_name,还继承了NSOBject的所有实例变量。

typedef struct objc_class *Class;
struct NSObject_IMPL {
	Class isa;
};

我们发现class其实就是一个指针,isa是一个指向类对象的指针，每个OC对象都有一个isa指针，指向它的类。

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_HTPerson$_name;

这声明了一个全局变量用于_name实例变量在HTPerson对象中的偏移量。编译器使用这个变量来访问对象的实例变量。

下面是HTPerson属性的set,get方法的底层实现

static NSString * _I_HTPerson_name(HTPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_HTPerson$_name)); }
static void _I_HTPerson_setName_(HTPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_HTPerson$_name)) = name; }

在set、get方法的底层实现中 OBJC_IVAR_$_SMPerson$_name 就是属性对应的内存地址的偏移量， 系统通过每个属性的偏移量，来实现对其赋值和取值。

typedef struct objc_object HTPerson;

将objc_object 结构体类型定义为HTPerson类型

  • objc_object：包含一个指向类的指针isa的结构体，所有OC对象都继承自它。
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa __attribute__((deprecated));
};
  • HTPerson：这行代码定义了一个新的类型名 HTPerson，它是 struct objc_object 类型的别名。

二，OC对象在内存中的布局

以NSObject为例，点击NSObject进入发现NSObject的内部实现

@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
@end

转化为c语言函数就是一个结构体

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

这个结构体只有一个成员isa指针，而指针在64位架构中占8个字节，也就是说一个NSObject对象所暂用的内存是8个字节。对于OC对象还有一些方法，这些方法也是占用内存的，但这些方法所占用的空间并不在NSObject对象中。

探寻NSObject对象在内存中如何体现的

NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];

上述一段代码中系统为NSObject对象分配8个字节的内存空间，用来存放一个成员isa指针。那么isa指针这个变量的地址就是结构体的起始地址，也就是NSObjcet对象的地址。
假设isa的地址为0x100400110，那么上述代码分配存储空间给NSObject对象，然后将存储空间的地址赋值给objc指针。objc存储的就是isa的地址。objc指向内存中NSObject对象地址，即指向内存中的结构体，也就是isa的位置。

自定义类的内部实现

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface HTPerson : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString* name;
@property (nonatomic) int number;
@property (nonatomic, strong) NSString* phone;
@end

@implementation HTPerson

@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        HTPerson* person = [[HTPerson alloc] init];
        person.name = @"name";
        person.number = 1;
        person.phone = @"123";
        NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([HTPerson class]));
        
    }
    return 0;
}


struct HTPerson_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
	int _number;
	NSString *_name;
	NSString *_phone;
};

NSObject_IMPL内部其实就是Class isa 那么我们假设 struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; 等价于 Class isa;
所以可以转化为

struct HTPerson_IMPL {
	Class *isa;
	int _number;
	NSString *_name;
	NSString *_phone;
};

因此此结构体占用多少存储空间，对象就占用多少存储空间。输出结果为32.

现在我们来计算总的内存大小，考虑内存对齐：

  • NSObject_IVARS（假设它包含一个指针）：8字节
  • _number：4字节
    对齐填充：4字节（因为接下来是指针，按8字节对齐）
  • _name：8字节
  • _phone：8字节

所以OC对象的内存布局也遵守结构体的内存对齐规则。

  1. 前面的地址必须是后面的地址正数倍,不是就补齐。
  2. 整个Struct的地址必须是最大字节的整数倍。

复杂的继承关系

/* Person */
@interface Person : NSObject
{
    int _age;
}
@end

@implementation Person
@end

/* Student */
@interface Student : Person
{
    int _no;
}
@end

@implementation Student
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        NSLog(@"%zd  %zd",
              class_getInstanceSize([Person class]),
              class_getInstanceSize([Student class])
              );
    }
    return 0;
}

画出内存图例
在这里插入图片描述

我们发现只要继承自NSObject的对象，那么底层结构体内一定有一个isa指针。
上面的输出结果为16，16。

person对象只使用了12个字节，但是因为内存对齐的原因，使person对象也占用16个字节。对于student对象，包含了person对象的结构体实现，和一个int类型的_no成员变量，同样isa指针8个字节，_age成员变量4个字节，_no成员变量4个字节，根据内存对齐原则student对象占据的内存空间也是16个字节。

类的本质

OC的类信息存放在哪里？ OC对象主要可以分为三种

  1. instance对象（实例对象）
  2. class对象（类对象）
  3. meta-class对象（元类对象）

instance对象就是通过类alloc出来的对象，每次调用alloc都会产生新的instance对象。

NSObjcet *object1 = [[NSObjcet alloc] init];
NSObjcet *object2 = [[NSObjcet alloc] init];

object1和object2都是NSObject的instace对象（实例对象），但他们是不同的两个对象，并且分别占据着两块不同的内存。 instance对象在内存中存储的信息包括isa指针和其他成员变量

在这里插入图片描述

class对象 我们通过class方法或runtime方法得到一个class对象。class对象也就是类对象

Class objectClass1 = [object1 class];//获取类对象
Class objectClass2 = [NSObject class];//获取元类

// runtime
Class objectClass4 = object_getClass(object1);

每一个类在内存中有且只有一个对象。
class对象在内存中存储的信息主要包括

  1. isa指针
  2. superclass指针
  3. 类的属性信息（@property），类的成员变量信息（ivar）
  4. 类的对象方法信息（instance method），类的协议信息（protocol）

instance对象中的成员变量是具体对象的属性，每个实例都有自己的一份副本，是成员变量具体的值。创建实例对象的时候要为成员变量赋值。而类对象中的类的成员变量信息与类本身关联，而不是与类的每个实例关联。

meta_class对象 每个类在内存中有且只有一个meta-class对象。在内存中存储的信息主要包括

  1. isa指针
  2. superclass指针
  3. 类的类方法的信息（class method）

meta-class对象和class对象的内存结构是一样的，所以meta-class中也有类的属性信息，类的对象方法信息等成员变量，但是其中的值可能是空的。

对象的isa指针的指向

  • 当对象调用实例方法的时候，实例方法信息是存储在class类对象中的，instance的isa指向class，通过instance的isa找到class，最后找到对象方法的实现进行调用。
  • 当类对象调用类方法的时候，类方法是存储在meta-class元类对象中的。class类对象的isa指针就指向元类对象，通过class的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用

在这里插入图片描述

  • 当对象调用其父类对象方法的时候，此时就需要使用到class类对象superclass指针。当Student的instance对象要调用Person的对象方法时，会先通过isa找到Student的class，然后通过superclass找到Person的class，最后找到对象方法的实现进行调用。
  • 当类对象调用父类的类方法时，当Student的class要调用Person的类方法时，会先通过isa找到Student的meta-class，然后通过superclass找到Person的meta-class，最后找到类方法的实现进行调用

在这里插入图片描述

不管是类对象还是元类对象，类型都是Class，class和mete-class的底层都是objc_class结构体的指针，内存中就是结构体

struct objc_class : objc_object {
    ...省略无关代码
    // Class ISA;  //ISA(从objc_object继承过来的)指向元类
    Class superclass;  //指向其父类
    cache_t cache;  //缓存

    class_data_bits_t bits;  //类的数据

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

    ...省略无关代码
}

这个结构体继承 objc_object 并且结构体内有一些函数，因为这是c++结构体，在c上做了扩展，因此结构体中可以包含函数。

前面讲到bjc_object中有一个isa指针，那么objc_class继承objc_object，也就同样拥有一个isa指针。

类中存储的类的成员变量信息，实例方法，属性名等这些信息在哪里呢。

    class_data_bits_t bits;  //类的数据

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

obj_class中有class_rw_t类型的bits.data的读写

isa_t

对象的isa指针并不是直接指向类对象或者元类对象，需要&ISA_MASK位运算才获得类对象或者元类对象的内存地址

isa指针其实是一个isa_t的共用体

// 精简过的isa_t共用体
union isa_t 
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    Class cls;
    uintptr_t bits;

#if SUPPORT_PACKED_ISA
# if __arm64__      
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 19;
    #       define RC_ONE   (1ULL<<45)
    #       define RC_HALF  (1ULL<<18)
    };

# elif __x86_64__     
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 44; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 8;
#       define RC_ONE   (1ULL<<56)
#       define RC_HALF  (1ULL<<7)
    };

# else
#   error unknown architecture for packed isa
# endif
#endif

isa_t是union类型，表示共用体。可以看到共用体中有一个结构体，结构体内部分别定义了一些变量，变量后面的值代表的是该变量占用多少个字节，也就是位域技术

位域:把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

共用体：在进行某些算法的C语言编程的时候，需要使几种不同类型的变量存放到同一段内存单元中。也就是使用覆盖技术，几个变量互相覆盖。这种几个不同的变量共同占用一段内存的结构，在C语言中，被称作“共用体”类型结构，简称共用体。

结构体仅仅是为了增加代码的可读性，指明共用体中存储了那些成员信息以及占用的空间。

源码中通过共用体的形式存储了64位的值，这些值在结构体中展示出来，通过对bits同ISA_MASK进行位运算取出相应位置的值，这样就解释了对象的isa指针，需要&ISA_MASK位运算才获得类对象或者元类对象的内存地址

isa中存储的信息及作用

struct {
    // 0代表普通的指针，存储着Class，Meta-Class对象的内存地址。
    // 1代表优化后的使用位域存储更多的信息。
    uintptr_t nonpointer        : 1; 

   // 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
    uintptr_t has_assoc         : 1;

    // 是否有C++析构函数，如果没有，释放时会更快
    uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;

    // 存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息
    uintptr_t shiftcls          : 33; 

    // 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
    uintptr_t magic             : 6;

    // 是否有被弱引用指向过。
    uintptr_t weakly_referenced : 1;

    // 对象是否正在释放
    uintptr_t deallocating      : 1;

    // 引用计数器是否过大无法存储在isa中
    // 如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中
    uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;

    // 里面存储的值是引用计数器减1
    uintptr_t extra_rc          : 19;
};

ISA_MASK的值0x0000000ffffffff8ULL，我们将其转化为二进制数

在这里插入图片描述

ISA_MASK的值中有33位为1，通过与isa指针(8字节）进行按位与的操作就可以取出isa中这33位的值，刚好对应的shiftcls中存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息。

class_rw_t

我们来到class_rw_t中，class_rw_t 结构体是 Objective-C 运行时中用于描述类的可读写数据的结构体。它包含了类的动态数据，可以在运行时修改。这些数据包括方法列表、属性列表、协议列表等。

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;

private:
    using ro_or_rw_ext_t = objc::PointerUnion<const class_ro_t, class_rw_ext_t, PTRAUTH_STR("class_ro_t"), PTRAUTH_STR("class_rw_ext_t")>;

    const ro_or_rw_ext_t get_ro_or_rwe() const {
        return ro_or_rw_ext_t{ro_or_rw_ext};
    }

    void set_ro_or_rwe(const class_ro_t *ro) {
        ro_or_rw_ext_t{ro, &ro_or_rw_ext}.storeAt(ro_or_rw_ext, memory_order_relaxed);
    }

    void set_ro_or_rwe(class_rw_ext_t *rwe, const class_ro_t *ro) {
        // the release barrier is so that the class_rw_ext_t::ro initialization
        // is visible to lockless readers
        rwe->ro = ro;
        ro_or_rw_ext_t{rwe, &ro_or_rw_ext}.storeAt(ro_or_rw_ext, memory_order_release);
    }

    class_rw_ext_t *extAlloc(const class_ro_t *ro, bool deep = false);

public:
    void setFlags(uint32_t set)
    {
        __c11_atomic_fetch_or((_Atomic(uint32_t) *)&flags, set, __ATOMIC_RELAXED);
    }

    void clearFlags(uint32_t clear)
    {
        __c11_atomic_fetch_and((_Atomic(uint32_t) *)&flags, ~clear, __ATOMIC_RELAXED);
    }

    // set and clear must not overlap
    void changeFlags(uint32_t set, uint32_t clear)
    {
        ASSERT((set & clear) == 0);

        uint32_t oldf, newf;
        do {
            oldf = flags;
            newf = (oldf | set) & ~clear;
        } while (!CompareAndSwap(oldf, newf, &flags));
    }

    class_rw_ext_t *ext() const {
        return get_ro_or_rwe().dyn_cast<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext);
    }

    class_rw_ext_t *extAllocIfNeeded() {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (fastpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext);
        } else {
            return extAlloc(v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext));
        }
    }

    class_rw_ext_t *deepCopy(const class_ro_t *ro) {
        return extAlloc(ro, true);
    }

    const class_ro_t *ro() const {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (slowpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) {
            return v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->ro;
        }
        return v.get<const class_ro_t *>(&ro_or_rw_ext);
    }

    void set_ro(const class_ro_t *ro) {
        auto v = get_ro_or_rwe();
        if (v.is<class_rw_ext_t *>()) {
            v.get<class_rw_ext_t *>(&ro_or_rw_ext)->ro = ro;
        } else {
            set_ro_or_rwe(ro);
        }
    }

    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};
        }
    }//方法列表

    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};
        }
    }//属性列表

    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};
        }
    }//协议列表
}

method_array_t、property_array_t、protocol_array_t都继承于模板类list_array_tt（OC支持动态更新数据的核心函数），它们内部实现了添加、存储、释放等管理函数。

method_array_t本身就是一个二维数组，数组里面存放的是数组method_list_t，method_list_t里面最终存放的是method_t

method_t的结构体

struct method_t {
    SEL name;  // 函数名
    const char *types;  // 编码（返回值类型，参数类型）
    IMP imp; // 指向函数的指针（函数地址）
};

class_ro_t

而成员变量信息则是存储在class_ro_t内部中的，我们来到class_ro_t内查看。

class_ro_t 结构体是 Objective-C 运行时中用于描述类的只读数据的重要部分，包含了类的方法列表、属性列表、协议列表成员变脸等信息。内部直接存储的直接就是method_list_t、protocol_list_t 、property_list_t，ivar_list_t *类型的一维数组，数组里面分别存放的是类的初始信息

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;//实例对象大小
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
    const uint8_t * ivarLayout;
    const char * name;//类名
    method_list_t * baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars//成员变量
    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
    // 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;
        }
    }
    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
    class_ro_t *duplicate() const {
        if (flags & RO_HAS_SWIFT_INITIALIZER) {
            size_t size = sizeof(*this) + sizeof(_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0]);
            class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
            ro->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0] = this->_swiftMetadataInitializer_NEVER_USE[0];
            return ro;
        } else {
            size_t size = sizeof(*this);
            class_ro_t *ro = (class_ro_t *)memdup(this, size);
            return ro;
        }
    }
};

类第一次初始化的时候类的方法，属性，成员变量属性协议等等都是存放在class_ro_t中的，当程序运行的时候，需要将分类中的列表跟类初始的列表合并在一起的时，就会将class_ro_t中的列表和分类中的列表合并起来存放在class_rw_t中

realizeClass部分源码

static Class realizeClass(Class cls)
{
    runtimeLock.assertWriting();

    const class_ro_t *ro;
    class_rw_t *rw;
    Class supercls;
    Class metacls;
    bool isMeta;

    if (!cls) return nil;
    if (cls->isRealized()) return cls;
    assert(cls == remapClass(cls));

    // 最开始cls->data是指向ro的
    ro = (const class_ro_t *)cls->data();

    if (ro->flags & RO_FUTURE) { 
        // rw已经初始化并且分配内存空间
        rw = cls->data();  // cls->data指向rw
        ro = cls->data()->ro;  // cls->data()->ro指向ro
        cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
    } else { 
        // 如果rw并不存在，则为rw分配空间
        rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1); // 分配空间
        rw->ro = ro;  // rw->ro重新指向ro
        rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
        // 将rw传入setData函数，等于cls->data()重新指向rw
        cls->setData(rw); 
    }
}

类的初始信息本来其实是存储在class_ro_t中的，并且ro本来是指向cls->data()的，也就是说bits.data()得到的是ro，但是在运行过程中创建了class_rw_t，并将cls->data指向rw，同时将初始信息ro赋值给rw中的ro。最后在通过setData(rw)设置data。那么此时bits.data()得到的就是rw，之后再去检查是否有分类，同时将分类的方法，属性，协议列表整合存储在class_rw_t的方法，属性及协议列表中

为什么会定义两个结构差不多的结构体来实现Class呢？

ro：read only，rw：read write，原因是class_ro_t是编译期的产物，类源文件中的属性、方法、协议、成员变量在编译期就存在class_ro_t中，而class_rw_t则是运行时的产物，class_rw_t的设计就是为了支撑Class的动态性，运行时将class_ro_t中的属性、协议、方法动态合并到对应的数据结构

cache_t

cache_t cache：用来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度

cache_t是如何进行缓存

先来看一下cache_t的内部结构

struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets;
    explicit_atomic<mask_t> _mask;
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
    explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
    mask_t _mask_unused;
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
    explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
    mask_t _mask_unused;
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif
    
#if __LP64__
    uint16_t _flags;
#endif
    uint16_t _occupied;

public:
    ...
};

简化一下

struct cache_t {
    struct bucket_t *_buckets; // 散列表 数组
    mask_t _mask; // 散列表的长度 -1
    mask_t _occupied; // 已经缓存的方法数量
};

bucket_t是以数组的方式储存方法列表的，看一下bucket_t内部结构

struct bucket_t {
private:
    cache_key_t _key; // SEL作为Key
    IMP _imp; // 函数的内存地址
};

bucket_t中存储着SEL和_imp，通过key->value的形式，以SEL为key，函数实现的内存地址 _imp为value来存储方法。bucket_t被称为散列表（哈希表）通过关键码值而直接进行访问的数据结构。

_mask

通过上面的分析我们知道_mask的值是散列表的长度减一，那么任何数通过与_mask进行按位与运算之后获得的值都会小于等于_mask，因此不会出现数组溢出的情况。

  • 当第一次存储方法的时候，会创建具有4个空间的散列表，并将_mask的值置为散列表的长度减一，之后通过SEL & mask计算出方法存储的下标值，并将方法存储在散列表中（不会出现数组的溢出）。
  • 当储存的方法超过散列表的3/4的时候，就会创建一个新的散列表，并将空间扩容为2倍。
  • 如果方法很多，会出现SEL&mask得到的值是同一个下标值，就会调用cache_next函数向前一位比较存储。
  • 查找的时候与存储时相同，也是通过SEL&mask计算出下标，直接到对应的存储位置取值，如果下表值中储存呢的key与查找的可以不同，就像前一位查找。

总结如图：

在这里插入图片描述

总结如图：
在这里插入图片描述

付闯688
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