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深入理解Objective-C中类的数据结构

一、类的结构

OC 中的代码在底层实现,使用的是 C、C++,所以要研究 OC 中的类结构,可以将 OC 的代码转成 C++的代码即可。首先看一下 NSObject 的结构是什么样子的,创建一个文件并简单的编写如下代码:

// CustomFile.m#import void test() { [NSObject alloc];}

进入终端,输入指令:

clang -rewrite-objc CustomFile.m

默认生成一个 CustomFile.cpp 文件。这个指令生成的代码会很多,也可以使用 xcrun 指令来指定一个特定的架构,这样的:

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc CustomFile.m -o CustomFile_arm64.cpp

这样在 CustomFile_arm64.cpp 文件中会生成一个 真机下的运行代码。相比之下 CustomFile_arm64.cpp 文件会比 CustomFile.cpp 小了很多,但是对于查看 NSObject 的实际结构都是可以的。

打开任意一个 .cpp 文件,都可以找到这样的定义:

struct NSObject_IMPL { Class isa;};

其中 Class 的定义如下:

typedef struct objc_class *Class;

再来看一下在实际中的 NSObject 类的声明是什么样的:

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

简化后是这样的:

@interface NSObject { Class isa;}

总之Class 是一个指针,NSObject_IMPL是一个结构体,与 NSObject 在结构上极为相似。

二、类继承后的结构

创建一个 Person.m 文件,弄一个继承于 NSObject 的 Person 类。代码编写如下:

// Person.m#import  // 类的申明@interface Person : NSObject@end // 类的实现@implementation Person@end // 类的申明@interface Student : Person@end // 类的实现@implementation Student@end

其中 Person 继承于 NSObject,Student 继承于 Person 于是在 .cpp 文件中找到这样的定义:

struct Person_IMPL { struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;}; struct Student_IMPL { struct Person_IMPL Person_IVARS;};

NSObject_IVARS 看着这个命名就可以猜到是将父类的所有 ivar 都继承过来了。

似乎明白了一个套路

在 NSObject 中只有一个 Class 类型的成员变量 isa,在没有自定义任何的成员属性的情况下,继承的子类中的 ivar 都来自于父类。

如果说给 Person 与 Student 都定义一个成员变量,是这样的:

struct Person_IMPL { struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; int _no;}; struct Student_IMPL { struct Person_IMPL Person_IVARS; int _age;};

终于对 Class 的一些套路有进一步的理解了。

三、添加方法后的结构

创建一个 FunClass.m 文件,编写代码如下:

// FunClass.m#import  // 类的申明@interface FunClass : NSObject- (void)testInstance;+ (void)testClass;@end // 类的实现@implementation FunClass- (void)testInstance {  } + (void)testClass {  }@end

最后发现在 .cpp 中类的结构没有任何的改变,是这样的:

struct FunClass_IMPL { struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;};

但是我们会发现另外一个问题,在 OC 中的方法变成这样的了:

// 实例方法_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_FunClass __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = { sizeof(_objc_method), 1, {{(struct objc_selector *)"testInstance", "v16@0:8", (void *)_I_FunClass_testInstance}}static void _I_FunClass_testInstance(FunClass * self, SEL _cmd) {} // 类方法_OBJC_$_CLASS_METHODS_FunClass __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = { sizeof(_objc_method), 1, {{(struct objc_selector *)"testClass", "v16@0:8", (void *)_C_FunClass_testClass}}static void _C_FunClass_testClass(Class self, SEL _cmd) { }

发现这几个特点:

  1. 实例方法有这个:_INSTANCE_METHODS_FunClass,类方法的是这个:_CLASS_METHODS_FunClass

  2. 两个方法都是 static 方法

  3. 方法都多了两个参数:self 与_cmd,这也回答了为什么 self 与 _cmd 只能在方法中有的根本原因。

关于 方法 的这部分先介绍到这里,后期会有专门的专题。

作者:给策

链接:https://www.swifty.cc/p/04cc4f912603

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