04-类的结构分析在调试过程中中虽然进行了如何查看方法和属性列表，但是类方法+ (void)sayGood;和非prop

声明

由于类的机构分析在理解过程中比较困难，所以本片博客借鉴和使用了了 juejin.cn/post/687147… www.jianshu.com/p/05c8ba273… 两位大神的相关内容，如有问题请联系我并对内容进行修改或删除

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对象类元类

对于实例对象，类对象，元类对象，根元类等的关系理解

$\color{red}{实例对象}$ 的isa指向其 $\color{red}{类对象}$
$\color{red}{类对象}$ 的isa指向其 $\color{red}{元类对象}$
$\color{red}{元类对象}$ 的isa指向 $\color{red}{根元类}$
$\color{red}{根元类}$ 的isa指向 $\color{red}{根元类自己}$
$\color{red}{子类}$ 的superclass指向其 $\color{red}{父类}$
$\color{red}{父类}$ 的superclass指向 $\color{red}{根类}$
$\color{red}{根类}$ 的superclass指向 $\color{red}{nil}$
$\color{red}{根元类}$ 的superclass指向 $\color{red}{根类}$

验证上述结论

//定义了一个LGPerson类，继承自NSObject
LGPerson *objc2 = [LGPerson alloc];
//打印objc2的内存地址
(lldb) p/x objc2
(LGPerson *) $14 = 0x00000001007640f0
//查看其地址指向的内存信息
(lldb) x/4gx 0x00000001007640f0
0x1007640f0: 0x001d8001000021ed 0x0000000000000000
0x100764100: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
//查看其isa信息
(lldb) p/x 0x001d8001000021ed & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $15 = 0x00000001000021e8
(lldb) po 0x00000001000021e8
LGPerson

//这里我们也可以通过直接打印LGPerson类的地址来对比一下上面的LGPerson到底是不是类对象
(lldb) p/x LGPerson.class
(Class) $18 = 0x00000001000021e8 LGPerson

//接下来继续查看类对象指向的内存信息
(lldb) x/4gx 0x00000001000021e8
0x1000021e8: 0x00000001000021c0 0x0000000100333140
0x1000021f8: 0x000000010032d430 0x0000802400000000
//发现其isa中通过po打印也是一个LGPerson类型的，这就是元类
(lldb) p/x 0x00000001000021c0 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $26 = 0x00000001000021c0
(lldb) po 0x00000001000021c0
LGPerson

//继续查看元类的内存信息
(lldb) x/4gx 0x00000001000021c0
0x1000021c0: 0x00000001003330f0 0x00000001003330f0
0x1000021d0: 0x0000000102a21210 0x0004e03500000007
//它的isa打印出来是个NSObject类型，这就是根元类
(lldb) p/x 0x00000001003330f0 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $25 = 0x00000001003330f0
(lldb) po 0x00000001003330f0
NSObject

//继续查看根元类的内存信息
(lldb) x/4gx 0x00000001003330f0
0x1003330f0: 0x00000001003330f0 0x0000000100333140
0x100333100: 0x00000001006447a0 0x0004e03100000007
//查看根元类的isa信息，发现根元类的isa直接指向了自己
(lldb) p/x 0x00000001003330f0 & 0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $25 = 0x00000001003330f0
(lldb) po 0x00000001003330f0
NSObject

//对象的第2个8字节指针指向它的superclass，可以看到objc2的superclass为0x0000000000000000，说明对象是没有父类一说的
(lldb) x/4gx objc2
0x1007640f0: 0x001d8001000021ed 0x0000000000000000
0x100764100: 0x0000000000000000 0x0000000000000000

//先查看一下LGPerson对象的内存信息，其superclass为0x0000000100333140，po其信息为NSObject,它就是根类
(lldb) x/4gx LGPerson.class
0x1000021e8: 0x00000001000021c0 0x0000000100333140
0x1000021f8: 0x000000010032d430 0x0000802400000000
(lldb) po 0x0000000100333140
NSObject

//这里我们也可以通过直接打印NSObject根类的地址来对比一下上面的0x0000000100333140到底是不是NSObject类对象
(lldb) p/x NSObject.class
(Class) $31 = 0x0000000100333140 NSObject

//继续打印根类对象的内存信息，可以看到其superClass为0x0000000000000000
(lldb) x/4gx 0x0000000100333140
0x100333140: 0x00000001003330f0 0x0000000000000000
0x100333150: 0x0000000100764490 0x0001801000000003

//这里查看一下LGPerson元类的内存信息，其superClass为0x00000001003330f0，这就是根元类
(lldb) x/4gx 0x00000001000021c0
0x1000021c0: 0x00000001003330f0 0x00000001003330f0
0x1000021d0: 0x0000000102a21210 0x0004e03500000007

//继续查看根元类的内存信息，发现其supClass为0x0000000100333140，po打印也是NSObject类型，跟上面打印的NSObject.class类对象的地址是一样的，说明根元类的superClass指向根类对象
(lldb) x/4gx 0x00000001003330f0
0x1003330f0: 0x00000001003330f0 0x0000000100333140
0x100333100: 0x00000001006447a0 0x0004e03100000007
(lldb) po 0x0000000100333140
NSObject

类在oc中实际上是以结构体的形式存在的，所以也可以通过调试和变异将main.m转成cpp文件查看相关类，元类，根类等关系的代码先用clang命令转换

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
//如果imort了UIKit
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/ iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m

然后查看结构体以及关系

typedef struct objc_object LGPerson;
...
//该方法中确定了LGPerson类、元类和NSObject类、元类之间的关系
static void OBJC_CLASS_SETUP_$_LGPerson(void ) {
    OBJC_METACLASS_$_LGPerson.isa = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
    OBJC_METACLASS_$_LGPerson.superclass = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
    OBJC_METACLASS_$_LGPerson.cache = &_objc_empty_cache;
    OBJC_CLASS_$_LGPerson.isa = &OBJC_METACLASS_$_LGPerson;
    OBJC_CLASS_$_LGPerson.superclass = &OBJC_CLASS_$_NSObject;
    OBJC_CLASS_$_LGPerson.cache = &_objc_empty_cache;
}

类的结构

objc——class 结构体的代码定义如下相关变量解读：

$\color{red}{isa}$
$\color{red}{superclass}$ 指向父类信息的指针
$\color{red}{cache}$
$\color{red}{bits}$ 类实例方法，属性和协议的存储

typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    ...
}
struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
...
}

bits信息获取

结构体指针偏移

对于下面代码的解释结构体指针的地址就是该结构体成员第一个成员的地址，然后第一个成员age是int类型，所以往后偏移4个字节，则好指向height

//定义一个结构体MyStu
struct MyStu{
    int age;
    int height;
};
struct MyStu stu1 = {20, 180};//声明一个变量stu1
struct MyStu *stuP = &stu1;//用一个结体指针指向stu1

//打印stuP的地址
(lldb) p/x stuP
(MyStu *) $28 = 0x00007ffeefbff548
//把地址往后偏移4个字节，并且要告诉系统你指向的地址是个什么类型的值
(lldb) p/x (int *)(0x00007ffeefbff548 + 0x4)
(int *) $29 = 0x00007ffeefbff54c
//打印该指针中的值，拿到height
(lldb) p *$29
(int) $30 = 180

bits信息

//定义了一个protocol
@protocol MyProtocol <NSObject>
@optional
- (void)myProtocolMethod;
@end
//定义了一个LGPerson类，并声明了相关属性和方法
@interface LGPerson : NSObject<MyProtocol>
{
    NSString *innerName;
}
@property (nonatomic, strong) NSString *outName;
- (void)sayHello;

+ (void)sayGood;
@end

//1.打印LGPerson.class的指针信息
(lldb) p/x LGPerson.class
(Class) $32 = 0x00000001000025f0 LGPerson

//2.偏移32字节，16进制是0x20，并告诉系统它是一个指向class_data_bits_t类型的指针了
(lldb) p/x (class_data_bits_t *)(0x00000001000025f0 + 0x20)
(class_data_bits_t *) $33 = 0x0000000100002610

//3.调用class_data_bits_t中data()方法拿到class_rw_t类型的结构体指针，类的方法、属性、协议全存在它里面
(lldb) p/x $33->data()
(class_rw_t *) $34 = 0x000000010070c270

//4.调用class_rw_t中的methods()方法，拿到一个method_array_t类型的class
(lldb) p/x $33->data()->methods()
(const method_array_t) $35 = {
  list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
     = {
      list = 0x0000000100002408
      arrayAndFlag = 0x0000000100002408
    }
  }
}

//5.method_array_t里面有一个属性list，猜测方法列表应该都在它里，先打印其类型，发现是个method_list_t的指针
(lldb) p/x $35.list
(method_list_t *const) $36 = 0x0000000100002408

//6.通过*指针看一下它的值是什么，是个method_list_t类型的结构体，这里可以看到总共有4个方法，并且第一个方法为sayHello
(lldb) p/x *$36
(method_list_t) $37 = {
  entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
    entsizeAndFlags = 0x0000001a
    count = 0x00000004
    first = {
      name = 0x0000000100000f78 "sayHello"
      types = 0x0000000100000e1c "v16@0:8"
      imp = 0x0000000100000b90 (KCObjc`-[LGPerson sayHello])
    }
  }
}

//7.method_list_t继承自entsize_list_tt，它里面有个get方法，可以它来获取方法1
(lldb) p/x $37.get(0)
(method_t) $38 = {
  name = 0x0000000100000f78 "sayHello"
  types = 0x0000000100000e1c "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100000b90 (KCObjc`-[LGPerson sayHello])
}

//8.method_list_t继承自entsize_list_tt，它里面有个get方法，可以它来获取方法2
(lldb) p/x $37.get(1)
(method_t) $39 = {
  name = 0x0000000100000f81 "outName"
  types = 0x0000000100000d82 "@16@0:8"
  imp = 0x0000000100000bc0 (KCObjc`-[LGPerson outName])
}

//9.method_list_t继承自entsize_list_tt，它里面有个get方法，可以它来获取方法3
(lldb) p/x $37.get(2)
(method_t) $40 = {
  name = 0x0000000100000f89 "setOutName:"
  types = 0x0000000100000e30 "v24@0:8@16"
  imp = 0x0000000100000be0 (KCObjc`-[LGPerson setOutName:])
}

//10.method_list_t继承自entsize_list_tt，它里面有个get方法，可以它来获取方法4
(lldb) p/x $37.get(3)
(method_t) $41 = {
  name = 0x00007fff777bcb90 ".cxx_destruct"
  types = 0x0000000100000e1c "v16@0:8"
  imp = 0x0000000100000c10 (KCObjc`-[LGPerson .cxx_destruct])
}

//11.尝试获取方法5时已报错
(lldb) p/x $37.get(4)
Assertion failed: (i < count), function get, file /Users/dyf/Desktop/可编译objc源码/runtime/objc-runtime-new.h, line 438.
error: Execution was interrupted, reason: signal SIGABRT.
The process has been returned to the state before expression evaluation.

//步骤1：拿到LGPerson类对象的指针地址
(lldb) p/x LGPerson.class
(Class) $42 = 0x00000001000025f0 LGPerson

//步骤2：直接依次调用相关方法拿到list，并通过*指针获取其值
(lldb) p/x *((class_data_bits_t *)(0x00000001000025f0 + 0x20))->data().methods().list
(method_list_t) $48 = {
  entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
    entsizeAndFlags = 0x0000001a
    count = 0x00000004
    first = {
      name = 0x0000000100000f78 "sayHello"
      types = 0x0000000100000e1c "v16@0:8"
      imp = 0x0000000100000b90 (KCObjc`-[LGPerson sayHello])
    }
  }
}
  Fix-it applied, fixed expression was: 
    *((class_data_bits_t *)(0x00000001000025f0 + 0x20))->data()->methods().list
    
//步骤3：获取其中方法列表    
(lldb) p/x $48.get(1)
(method_t) $49 = {
  name = 0x0000000100000f81 "outName"
  types = 0x0000000100000d82 "@16@0:8"
  imp = 0x0000000100000bc0 (KCObjc`-[LGPerson outName])
}

总结

在调试过程中中虽然进行了如何查看方法和属性列表，但是类方法+ (void)sayGood;和非property声明的属性NSString *innerName;在上面的过程中没有打印出来的，这是因为类方法和非property声明的属性存在于元类中，我们上面分析的LGPerson.class是类对象并非元类。

04-类的结构分析

声明