类的底层原理探索(下)

实例变量ivar和类方法的存储位置探索

上一章 我们知道了实例对象的方法,属性,协议的保存在类的bits中。通过bits --> methods() --> list获取实例方法列表,通过bits-->properties()-->list获取属性列表,通过bits-->protocols()-->list获取协议列表。但是
那我们今天来探索一下实例对象和类方法的保存位置。因为类的isa指向元类,元类存储类的信息,那么元类的bits中是否存储了类方法呢?我们去测试一下

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通过调试,我们确定类方法存储在元类的bits中,通过元类bits --> data() --> methods() --> list获取类方法列表。

探索成员变量

在源码中,我们发现还有个ro()方法,那成员变量会不会存在这里呢?

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我们尝试来获取一下LGPerson的实例变量


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小结:类的成员变量以结构体ivar_t的形式存储在bits中,通过通过bits --> data() -->ro() --> ivars获取。

ro,rw,rwe 解析

那为什么苹果要把实例变量放在ro中呢?他们之间有什么区别和联系?
根据WWDC2020了解到rw以及rwe的作用,下面我们分别来看一下ro、rw、rwe。
要了解他们,我们先要了解下iOS的两种内存clean memory和dirty memory。
clean memory:是指加载后不会发生改变的内存。class_ro_t 就属于clean memory, 因为它是只读的(ro 代表 readonly)。
dirty memory:是指在进程运行时会发生更改的内存,class_rw_t 是 dirty memory(rw 代表 read write)。
而dirty memory要比clean memory更加昂贵,前者一经使用就必须存在,可以通过runtime往类里写入新的数据,所以dirty memory是动态的,而clean memory是经过编译就不可以再写入的,大小是固定的,是可移除的,可以节省更多的内存空间,并且iOS是不会使用swap进行转换,所以dirty memory在iOS的开销更大一些,也就是所谓的更加"昂贵"。

也是因为这两种内存的存在,所以类的数据就被分成了相应的这两个部分:

一经编译,就不可修改的数据。(ro)
运行过程中可修改的数据。(rw)
ro:数据是只读的,它属于clean Memory。它是从沙盒读取,ro的数据在编译的时候就已经确定了。
rw:数据是可读可写的,它属于dirty Memory。rw的数据存放的是运行时动态修改的数据。
rwe:是苹果为rw做的优化,从rw拆出来那些平时不常用的部分,以减少rw的开销,大约 90% 的类从来不需要这些扩展数据,这在系统范围内可节省大约14MB 的内存。

class_rw_ext_t⽣成的条件:
第⼀:⽤过runtime的Api进⾏动态修改的时候。
第⼆:有分类的时候,且分类和本类都为⾮懒加载类的时候。实现了+load⽅法即为⾮懒加载类。


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元类的作用

为什么苹果不把类方法放在类对象中呢?
OC对象有一个大家都熟悉的特性:消息发送机制。OC对象在发送消息时,运行时库会追寻着对象的isa指针得到对象所属的类。这个类包含了能应用于这个类的所有实例方法以及指向父类的指针,以便可以找到父类的实例方法。运行时库检查这个类和其父类的方法列表,找到与消息对应的方法。编译器会将消息转换为消息函数objc_msgSend进行调用。

OC的类其实也是一个对象,一个对象就要有一个它属于的类,意味着类也要有一个 isa 指针,指向他所属的类。那么类对象的类是什么?就是我们所说的元类 (MetaClass) ,所以,元类就是类所属的类。从消息机制的层面来说:

当你给对象发送消息时,消息是在寻找这个对象的类的方法列表。
当你给类发消息时,消息是在寻找这个类的元类的方法列表。

id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) 这个函数有俩个隐式的参数:消息的接收者,消息的⽅法
名。通过这俩个参数就能去找到对应⽅法的实现。

objc_msgSend函数就会通过第⼀个参数消息的接收者的isa指针,找到对应的类,如果我们是通过
实例对象调⽤⽅法,那么这个isa指针就会找到实例对象的类对象,如果是类对象,就会找到类对
象的元类对象,然后再通过SEL⽅法名找到对应的imp,然后就能找到⽅法对应的实现。
那如果没有元类的话,那这个objc_msgSend⽅法还得多加俩个参数,⼀个参数⽤来判断这个⽅法
到底是类⽅法还是实例⽅法。⼀个参数⽤来判断消息的接受者到底是类对象还是实例对象。


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通过源码也能验证这一点,类方法的底层也是调用的实例方法,消息的接收者是元类。

如果没有元类,在objc_msgSend内部就会有有很多的判断,就会影响
消息的发送效率。
所以元类的出现就解决了这个问题,让各类各司其职,实例对象就⼲存储属性值的事,类对象存储
实例⽅法列表,元类对象存储类⽅法列表,符合设计原则中的单⼀职责,⽽且忽略了对对象类型的
判断和⽅法类型的判断可以⼤⼤的提升消息发送的效率,并且在不同种类的⽅法⾛的都是同⼀套流
程,在之后的维护上也⼤⼤节约了成本。

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