Objective-C类的底层实现runtime

对象结构体

//对象结构体（包含实例对象/类对象/元类对象）
//实例对象isa指向类对象，类对象isa指向元类对象，元类对象isa指向根对象
struct objc_object {
    isa_t isa;//isa结构体
    Class ISA();//没有优化过的isa
    Class getIsa();//优化过的isa
}

union isa_t 
{
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    Class cls;//指向类对象/元类对象
    uintptr_t bits;
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;//是否指针优化
        uintptr_t has_assoc         : 1;//是否有关联对象
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;//是否有析构函数
        uintptr_t shiftcls          : 33; //实例对象的地址
        uintptr_t magic             : 6;//
        uintptr_t weakly_referenced : 1;//是否有弱引用引用
        uintptr_t deallocating      : 1;//对象正在释放
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;//是否使用了引用计数表
        uintptr_t extra_rc          : 19;//当前对象的引用计数-1
    };
};

对象的初始化

inline void objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

inline void objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{     
    if (!nonpointer) {
        isa.cls = cls;
    } else {
        isa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        isa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        isa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
    }
}

类对象结构体

//类对象结构体，继承objc_object，固含有isa指针
struct objc_class : objc_object {
    Class superclass;//父类
    cache_t cache;//缓存        
    class_data_bits_t bits;   //类的信息存储
    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }
    void setData(class_rw_t *newData) {
        bits.setData(newData);
    }
}

类对象信息存储结构体

//class_data_bits_t通过按位与运算获取class_rw_t
class_rw_t* data() {
    return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
    
//方法列表等信息，可以被Runtime扩展
struct class_rw_t {
    class_ro_t *ro;//类的原始数据
    method_array_t methods;//方法列表数组
    property_array_t properties;//属性列表数组
    protocol_array_t protocols;//协议列表数组
}

//类的原始信息，不可修改
struct class_ro_t {
    method_list_t * baseMethodList;//原始方法列表
    protocol_list_t * baseProtocols;//原始属性列表
    ivar_list_t * ivars;//原始成员变量列表
}

类对象缓存结构体

//从缓存cache_t中查找bucket_t
struct cache_t {
    struct bucket_t *_buckets;
    mask_t _mask;
    mask_t _occupied;
};
//bucket中包含方法的key(@selector)和IMP
struct bucket_t {
    cache_key_t _key;
    IMP _imp;
};

一些基本元素结构体

//方法结构体
struct method_t {
    SEL name;//方法名
    const char *types;//方法入值参数和返回值参数
    IMP imp;//方法存储地址，也是函数地址
};

//成员变量结构体
struct ivar_t {
    int32_t *offset;
    const char *name;//名字
    const char *type;//类型
    uint32_t alignment_raw;
    uint32_t size;
};