iOS 底层笔记--Runtime1. objc_object 2. objc_class

前言

本文属笔记性质，是对kirito_song和冰凌天两位文章学习和转载

Runtime API (原文链接：小码哥iOS学习笔记第十六天: Runtime API)

一、类

动态创建类（参数：父类，类名，需申请的额外内存空间）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)

注册一个类（需要在类注册之前添加成员变量）
void objc_registerClassPair(Class cls) 

销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)

获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)

设置isa指向的Class
Class object_setClass(id obj, Class cls)

判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj)

判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls)

获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)

二、成员变量

获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)

拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)

设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)

动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)

获取成员变量的相关信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)

三、属性

获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)

拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)

动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                  unsigned int attributeCount)

动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                      unsigned int attributeCount)

获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)

四、方法

获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)

方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name) 
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 

拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)

动态添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)

选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)

用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

Runtime数据结构（转自：MJiOS底层笔记--Runtime 及小码哥iOS学习笔记第十二天:Class结构）

objc_object
objc_class

1. objc_object

isa指针

在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，使用位运算来获得更多的信息,但依旧是8位字符。
共用体与结构体类似，但内部所有成员将会共用(首元素的)内存。对整块内存通过位运算来进行扩展操作。

union isa_t 
{
    Class cls;
    uintptr_t bits; //决定了共用体所占的内存大小。可以使用位运算

# if __arm64__  //位运算用掩码 bits & MASK  \\ bits | MSAK
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    // 位域负责可读性展示.从右向左
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1; //占1位
        uintptr_t has_assoc         : 1;//占1位
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;//占1位
        
        //由于这种运算除了中间33位都是0，所以arm64下，所有类对象地址的64位中除了这33位一定都是0
        uintptr_t shiftcls          : 33; //占33位  //class对象的地址  bits&ISA_MASK
        
        uintptr_t magic             : 6;//占6位
        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)
    };d
};

isa位域解释

nonpointer
0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
1，代表优化过，使用位域存储更多的信息

has_assoc
是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

has_cxx_dtor
是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快

shiftcls
存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

magic
用于在调试时分辨对象是否未完成初始化

weakly_referenced
是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

deallocating
对象是否正在释放

extra_rc
里面存储的值是引用计数器减1

has_sidetable_rc
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

2. objc_class

cache_t

Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度

struct cache_t {
    struct bucket_t *_buckets; //散列表
    mask_t _mask; //散列表长度-1
    mask_t _occupied; //已缓存的方法数量
}
struct bucket_t {
    cache_key_t _key;  //SEL
    IMP _imp; //IMP
}