iOS 从源码解析Runtime (十四)：由源码解读属性&成员变量的修饰符

 当我们分别使用 atomic 和 nonatomic 来修饰属性时，编译器是怎么处理这两种不同的情况的呢？大家都知道即使使用 atomic 修饰属性也并不能保证线程安全，那它和 nonatomic 有什么区别呢，那 atomic 的性能损耗来自哪里呢？copy 属性是怎么实现的？等等，关于属性修饰符的各种疑问我们本篇来统一来解读。⛽️⛽️

@property 修饰符

 首先定义一个 LGPerson 类，添加一系列如下不同修饰符的属性，属性的本质是编译器自动帮我们生成: _Ivar + setter + getter。

// LGPerson.h 如下声明，LGPerson.m 文件什么也不写
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface LGPerson : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSObject *objc_nonatomic_strong;
@property (nonatomic, retain) NSObject *objc_nonatomic_retain;
@property (nonatomic, copy) NSObject *objc_nonatomic_copy;
@property (nonatomic, weak) NSObject *objc_nonatomic_weak;
@property (nonatomic, unsafe_unretained) NSObject *objc_nonatomic_unsafe_unretained;
@property (nonatomic, assign) NSObject *objc_nonatomic_assign;

// readonly 修饰的属性，编译器仅自动生成 getter 函数
@property (nonatomic, strong, readonly) NSObject *objc_nonatomic_strong_readonly;

@property (atomic, strong) NSObject *objc_atomic_strong;
@property (atomic, retain) NSObject *objc_atomic_retain;
@property (atomic, copy) NSObject *objc_atomic_copy;
@property (atomic, weak) NSObject *objc_atomic_weak;
@property (atomic, unsafe_unretained) NSObject *objc_atomic_unsafe_unretained;
@property (atomic, assign) NSObject *objc_atomic_assign;

@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

 选择真机运行模式，保证编译出的是 ARM 下的汇编指令，（x86 的看不太懂）然后在 xcode 左侧用鼠标选中 LGPerson.m 文件，通过 xcode 菜单栏 Product -> Perform Action -> Assemble "LGPerson.m" 生成汇编指令，可以看到我们的所有属性所对应的 setter getter 方法的汇编实现。

[LGPerson objc_nonatomic_strong]

    .p2align    2               ; -- Begin function -[LGPerson objc_nonatomic_strong]
"-[LGPerson objc_nonatomic_strong]":    ; @"\01-[LGPerson objc_nonatomic_strong]"
Lfunc_begin0:
    .loc    1 27 0                  ; Simple_iOS/LGPerson.h:27:0
    .cfi_startproc
; %bb.0:
    sub    sp, sp, #16             ; =16
    .cfi_def_cfa_offset 16
    str    x0, [sp, #8]
    str    x1, [sp]
Ltmp1:
    .loc    1 27 41 prologue_end    ; Simple_iOS/LGPerson.h:27:41
    ldr    x0, [sp, #8]
    ldr    x0, [x0, #8]
    add    sp, sp, #16             ; =16
    ret
Ltmp2:
Lfunc_end0:
    .cfi_endproc
                                        ; -- End function

 objc_nonatomic_strong 属性的 getter 函数内部没有调用任何函数，只是地址偏移取值。

[LGPerson setObjc_nonatomic_strong:]

    .p2align    2               ; -- Begin function -[LGPerson setObjc_nonatomic_strong:]
"-[LGPerson setObjc_nonatomic_strong:]": ; @"\01-[LGPerson setObjc_nonatomic_strong:]"
Lfunc_begin1:
    .loc    1 27 0                  ; Simple_iOS/LGPerson.h:27:0
    .cfi_startproc
; %bb.0:
    sub    sp, sp, #48             ; =48
    stp    x29, x30, [sp, #32]     ; 16-byte Folded Spill
    add    x29, sp, #32            ; =32
    .cfi_def_cfa w29, 16
    .cfi_offset w30, -8
    .cfi_offset w29, -16
    stur    x0, [x29, #-8]
    str    x1, [sp, #16]
    str    x2, [sp, #8]
Ltmp3:
    .loc    1 0 0 prologue_end      ; Simple_iOS/LGPerson.h:0:0
    ldr    x0, [sp, #8]
    ldur    x1, [x29, #-8]
    add    x1, x1, #8              ; =8
    str    x0, [sp]                ; 8-byte Folded Spill
    mov    x0, x1
    ldr    x1, [sp]                ; 8-byte Folded Reload
    bl    _objc_storeStrong // ⬅️ 看到 bl 指令跳转到 objc_storeStrong 函数
    .loc    1 27 41                 ; Simple_iOS/LGPerson.h:27:41
    ldp    x29, x30, [sp, #32]     ; 16-byte Folded Reload
    add    sp, sp, #48             ; =48
    ret
Ltmp4:
Lfunc_end1:
    .cfi_endproc
                                        ; -- End function

 objc_nonatomic_strong 属性的 setter 函数内部看到 bl 指令跳转到 objc_storeStrong 函数。objc_storeStrong 函数我们之前解读 retain、release 的时候解析过，这里再解析一遍，它实现的事情就是 retain 新值，release 旧值。

 objc_storeStrong 函数实现:

void
objc_storeStrong(id *location, id obj)
{
    // 1. 取出属性原本指向的旧值
    id prev = *location;
    
    // 2. 如果旧值和入参传入的新值相同，就没有赋值的必要了，直接 return 
    if (obj == prev) {
        return;
    }
    
    // 3. 先 retain 新值 obj，obj 的引用计数 +1
    objc_retain(obj);
    
    // 4. 把我的属性指向新值
    *location = obj;
    
    // 5. 释放旧值
    objc_release(prev);
}

[LGPerson objc_nonatomic_retain]/[LGPerson setObjc_nonatomic_retain:]

 objc_nonatomic_retain 属性的 setter 和 getter 函数和 objc_nonatomic_strong 一致，这里不再分析。

[LGPerson objc_nonatomic_copy]

    .p2align    2               ; -- Begin function -[LGPerson objc_nonatomic_copy]
"-[LGPerson objc_nonatomic_copy]":      ; @"\01-[LGPerson objc_nonatomic_copy]"
Lfunc_begin4:
    .loc    1 29 0                  ; Simple_iOS/LGPerson.h:29:0
    .cfi_startproc
; %bb.0:
    sub    sp, sp, #32             ; =32
    .cfi_def_cfa_offset 32
    str    x0, [sp, #24]
    str    x1, [sp, #16]
Ltmp11:
    .loc    1 29 39 prologue_end    ; Simple_iOS/LGPerson.h:29:39
    ldr    x0, [sp, #16]
    ldr    x1, [sp, #24]
    orr    w8, wzr, #0x18
    mov    x2, x8
    
    mov    w8, #0 // 低字节存 0
    mov    x3, x8 // x3 存的值是 0，表示下面跳转到 objc_getProperty 函数时，第 4 个参数 BOOL atomic 是 0（false）
                  // x0 - x7 寄存器保存函数参数
                  
    str    x0, [sp, #8]            ; 8-byte Folded Spill
    mov    x0, x1
    ldr    x1, [sp, #8]            ; 8-byte Folded Reload
    add    sp, sp, #32             ; =32
    b    _objc_getProperty // ⬅️ 看到 b 指令跳转到 objc_getProperty 函数
Ltmp12:
Lfunc_end4:
    .cfi_endproc
                                        ; -- End function

 objc_nonatomic_copy 属性的 getter 函数内部看到最后 b 指令跳转到了 objc_getProperty 函数。下面我们来看一下 objc_getProperty 函数实现。如果属性不是 atomic 修饰的话不需要对读取过程加锁，objc_getProperty 函数的前半部分就已经 return 成员变量了，看到成员变量的依然是通过 self 指针偏移找到并返回。如果属性是 atomic 修饰的话，会通过 PropertyLocks[slot] 取得一把锁，而加锁的内容是 id value = objc_retain(*slot) 会对成员变量执行一次 retain 操作，引用计数 +1，然后为了性能，在解锁后才调用 objc_autoreleaseReturnValue(value) 把成员变量放进自动释放池，保证和刚刚的 retain 操作抵消，保证成员变量能正常释放销毁。

// ptrdiff_t offset
// ptrdiff_t 是 C/C++ 标准库中定义的一个与机器相关的数据类型。
// ptrdiff_t 类型变量通常用来保存两个指针减法操作的结果。
// ptrdiff_t 类型则应保证足以存放同一数组中两个指针之间的差距,它有可能是负数。

// offset 是成员变量距离对象起始地址的偏移量。

id objc_getProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, BOOL atomic) {
    // 如果 offset 为 0，则返回该对象的所属的类对象的地址
    if (offset == 0) {
        return object_getClass(self);
    }

    // Retain release world
    // self 指针偏移找到成员变量
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
    // 如果 atomic 为 false 则直接返回成员变量
    if (!atomic) return *slot;
        
    // Atomic retain release world
    
    // 从全局的属性锁列表内取得锁
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    // 加锁
    slotlock.lock();
    // retain
    id value = objc_retain(*slot);
    // 解锁
    slotlock.unlock();
    
    // for performance, we (safely) issue the autorelease OUTSIDE of the spinlock.
    // 把 value 放进自动释放池，是引用计数与上面的 retain 操作保持平衡
    return objc_autoreleaseReturnValue(value);
}

[LGPerson setObjc_nonatomic_copy:]

    .p2align    2               ; -- Begin function -[LGPerson setObjc_nonatomic_copy:]
"-[LGPerson setObjc_nonatomic_copy:]":  ; @"\01-[LGPerson setObjc_nonatomic_copy:]"
Lfunc_begin5:
    .loc    1 29 0                  ; Simple_iOS/LGPerson.h:29:0
    .cfi_startproc
; %bb.0:
    sub    sp, sp, #48             ; =48
    stp    x29, x30, [sp, #32]     ; 16-byte Folded Spill
    add    x29, sp, #32            ; =32
    .cfi_def_cfa w29, 16
    .cfi_offset w30, -8
    .cfi_offset w29, -16
    stur    x0, [x29, #-8]
    str    x1, [sp, #16]
    str    x2, [sp, #8]
Ltmp13:
    .loc    1 29 39 prologue_end    ; Simple_iOS/LGPerson.h:29:39
    ldr    x1, [sp, #16]
    ldur    x0, [x29, #-8]
    ldr    x2, [sp, #8]
    orr    x3, xzr, #0x18
    bl    _objc_setProperty_nonatomic_copy // ⬅️ 看到 bl 指令跳转到 objc_setProperty_nonatomic_copy 函数
    ldp    x29, x30, [sp, #32]     ; 16-byte Folded Reload
    add    sp, sp, #48             ; =48
    ret
Ltmp14:
Lfunc_end5:
    .cfi_endproc
                                        ; -- End function

 objc_nonatomic_copy 属性的 setter 函数内部看到 bl 指令跳转到了 objc_setProperty_nonatomic_copy 函数。下面我们来看一下 objc_setProperty_nonatomic_copy 函数实现。

void objc_setProperty_nonatomic_copy(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset)
{
    // 直接调用 reallySetProperty 函数
    // 且后面三个实参
    
    // atomic: false
    // copy: true
    // mutableCopy: false
    
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, false, true, false);
}

// atomic: false
// copy: true
// mutableCopy: false

static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
{
    // 如果 offset 为 0，则调用 changeIsa 修改对象的 isa
    if (offset == 0) {
        object_setClass(self, newValue);
        return;
    }

    // 用于记录旧值的临时变量，主要是在最后对旧值进行 release 操作，
    // 释放旧值
    id oldValue;
    
    // 根据 offset 取得对象当前要进行 setter 的成员变量（旧值）
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
    
    if (copy) {
        // 如果是 copy 的话，对 newValue 执行一次 copy 操作，
        // 这里直接把 copy 结果赋值给 newValue
        newValue = [newValue copyWithZone:nil];
    } else if (mutableCopy) {
        // 如果是 mutableCopy 的话，对 newValue 执行一次 mutableCopy 操作，
        // 这里直接把 mutableCopy 结果赋值给 newValue
        newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
    } else {
        // 如果旧值和新值相同的话，则直接 return
        if (*slot == newValue) return;
        
        // retain 新值
        newValue = objc_retain(newValue);
    }

    if (!atomic) {
        // 如果不是 atomic 的话，不需要加锁，
        // 把 *slot 赋值给 oldValue，会在函数末尾释放 oldValue
        oldValue = *slot;
        
        // 把新值赋值给对象的成员变量
        *slot = newValue;
    } else {
        // 如果是 atomic 的话，则从对赋值的过程进行加锁，
        // 看到 atomic 修饰的属性只是对新值旧值赋值的过程进行了加锁，
        // 和 nonatomic 不加锁相比，这个加锁的操作就是性能损耗的来源。
        // 看到这里我们也发现了，atomic 只是对 setter 和 getter 加锁，
        // 只能保证 setter 和 getter 是线程安全的，但是我们日常开发中几乎都是复合操作，
        // 如 self.a = self.a + 1;
        // 此操作包含getter、setter、加操作。
        // atomic 只是给单个 getter、setter 操作加锁了，
        // 无法保证这种复合操作的线程安全，如果要实现线程安全需要额外加锁。
        
        // 如下伪代码:
        // lock.lock();
        // self.a = self.a + 1;
        // lock.unlock();
        
        // 从全局的属性锁列表内取得锁
        spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
        // 加锁 
        slotlock.lock();
        
        // 把 *slot 赋值给 oldValue，会在函数末尾释放 oldValue
        oldValue = *slot;
        // 把新值赋值给对象的成员变量
        *slot = newValue;
        
        // 解锁
        slotlock.unlock();
    }

    // 释放旧值
    objc_release(oldValue);
}

[LGPerson objc_nonatomic_weak]

    .p2align    2               ; -- Begin function -[LGPerson objc_nonatomic_weak]
"-[LGPerson objc_nonatomic_weak]":      ; @"\01-[LGPerson objc_nonatomic_weak]"
Lfunc_begin6:
    .loc    1 30 0                  ; Simple_iOS/LGPerson.h:30:0
    .cfi_startproc
; %bb.0:
    sub    sp, sp, #32             ; =32
    stp    x29, x30, [sp, #16]     ; 16-byte Folded Spill
    add    x29, sp, #16            ; =16
    .cfi_def_cfa w29, 16
    .cfi_offset w30, -8
    .cfi_offset w29, -16
    str    x0, [sp, #8]
    str    x1, [sp]
Ltmp15:
    .loc    1 30 39 prologue_end    ; Simple_iOS/LGPerson.h:30:39
    ldr    x0, [sp, #8]
    add    x0, x0, #32             ; =32
    bl    _objc_loadWeakRetained // ⬅️ 看到 bl 指令跳转到 objc_loadWeakRetained 函数
    ldp    x29, x30, [sp, #16]     ; 16-byte Folded Reload
    add    sp, sp, #32             ; =32
    b    _objc_autoreleaseReturnValue // ⬅️ 看到 bl 指令跳转到 objc_autoreleaseReturnValue 函数
Ltmp16:
Lfunc_end6:
    .cfi_endproc
                                        ; -- End function

 objc_nonatomic_weak 属性的 getter 函数内部看到 bl 指令跳转到 objc_loadWeakRetained 函数，在结尾处 b 指令跳转到 objc_autoreleaseReturnValue，这里不尽想到 objc_loadWeak 函数。

id
objc_loadWeak(id *location)
{
    if (!*location) return nil;
    return objc_autorelease(objc_loadWeakRetained(location));
}

 在 weak 篇有详细分析过该函数，这里就不重复了。（retain 和 autorelease 配对使用，防止读值过程中对象释放，同时自动释放池的延迟释放也能保证对象的正常销毁）

[LGPerson setObjc_nonatomic_weak:]

...
bl    _objc_storeWeak
...

 objc_nonatomic_weak 属性的 setter 函数内部看到 bl 指令跳转到了 objc_storeWeak 函数，该函数特别长特别重要，在 weak 篇有非常详细的分析过，这里就不重复了。(weak 不会 retain 新值)

[LGPerson objc_nonatomic_unsafe_unretained]

 objc_nonatomic_unsafe_unretained 属性的 getter 函数和 objc_nonatomic_strong 属性的 getter 函数 一样，内部没有调用任何函数，只是地址偏移取值。

[LGPerson setObjc_nonatomic_unsafe_unretained:]

    .p2align    2               ; -- Begin function -[LGPerson objc_nonatomic_unsafe_unretained]
"-[LGPerson objc_nonatomic_unsafe_unretained]": ; @"\01-[LGPerson objc_nonatomic_unsafe_unretained]"
Lfunc_begin8:
    .loc    1 31 0                  ; Simple_iOS/LGPerson.h:31:0
    .cfi_startproc
; %bb.0:
    sub    sp, sp, #16             ; =16
    .cfi_def_cfa_offset 16
    str    x0, [sp, #8]
    str    x1, [sp]
Ltmp20:
    .loc    1 31 52 prologue_end    ; Simple_iOS/LGPerson.h:31:52
    ldr    x0, [sp, #8]
    ldr    x0, [x0, #40]
    add    sp, sp, #16             ; =16
    ret
Ltmp21:
Lfunc_end8:
    .cfi_endproc
                                        ; -- End function

 objc_nonatomic_unsafe_unretained 属性的 setter 函数看到内部没有调用任何其它函数，就是纯粹的入参、地址偏移、存储入参到成员变量的位置。这里也验证了 unsafe_unretained 的 setter 的本质，即不 retain 新值也不 release 旧值。setter 和 getter 函数都是简单的根据地址存入值和读取值。所以这里也引出另一个问题，赋值给 unsafe_unretained 属性的对象并不会被 unsafe_unretained 属性所持有，那么当此对象正常释放销毁以后，也并没有把 unsafe_unretained 属性置为 nil，此时我们如果再用 unsafe_unretained 属性根据地址读取对象，会直接引发野指针访问导致 crash。

[LGPerson objc_nonatomic_assign]/[LGPerson setObjc_nonatomic_assign:]

 objc_nonatomic_assign 属性的 setter 和 getter 函数和 objc_nonatomic_unsafe_unretained 属性如出一辙，这里就不展开了。

[LGPerson objc_nonatomic_strong_readonly]

 objc_nonatomic_strong_readonly 属性只生成了 getter 函数，也符合我们的预期。

[LGPerson objc_atomic_strong]/[LGPerson setObjc_atomic_strong:]

// getter
...
...
// 零寄存器的值和 0x1 做或操作，并把结果存入 w3，表示 w3 = 1，同时表示下面调用 objc_getProperty 函数是第 4 个参数 BOOL atomic 是 true
// x0 - x7 寄存器保存函数参数
orr    w3, wzr, #0x1
...
b    _objc_getProperty
...

// setter
...
bl    _objc_setProperty_atomic
...

void objc_setProperty_atomic(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset)
{
    // atomic 值使用的是 true
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, true, false, false);
}

 objc_atomic_strong 属性在 setter 和 getter 函数中都加了锁。

[LGPerson objc_atomic_retain]/[LGPerson setObjc_atomic_retain:]

 objc_atomic_retain 属性 和 objc_atomic_strong 属性的 setter 和 getter 函数如出一辙，不再展开。

[LGPerson objc_atomic_copy]/[LGPerson setObjc_atomic_copy:]

// getter
...
orr    w3, wzr, #0x1 // 第 4 个参数 BOOL atomic 是 true
...
b    _objc_getProperty
...

// setter
bl    _objc_setProperty_atomic_copy

void objc_setProperty_atomic_copy(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset)
{
    // atomic 值使用的是 true
    reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, true, true, false);
}

 objc_atomic_weak、objc_atomic_unsafe_unretained、objc_atomic_assign 和对应的 nonatomic 修饰的属性的 setter getter 函数相同，就不再展开了。属性修饰符的内容看完了，那么我们常用的 __strong、__weak、__unsafe_unretained 等等修饰成员变量的修饰符系统又是如何处理的呢？下面我们来一探究竟。

成员变量修饰符

 当我们定义一个类的实例变量的时候，可以为其指定其修饰符 __strong、__weak、__unsafe_unretained（未指定时默认为 __strong），这使得成员变量可以像 strong、weak、unsafe_unretained 修饰符修饰的属性一样在 ARC 下进行正确的引用计数管理。定义如下测试类:

// LGPerson.h .m 什么都不用实现
@interface LGPerson : NSObject {
    NSObject *ivar_none; // 无修饰符的对象默认会加 __strong
    __strong NSObject *ivar_strong;
    __weak NSObject *ivar_weak;
    __unsafe_unretained NSObject *ivar_unsafe_unretained;
}
@end

// 编写如下代码，分别进行测试：
    LGPerson *person = [[LGPerson alloc] init];
    NSObject *temp = [[NSObject alloc] init];
    
    NSLog(@"START");
    person->ivar_none = temp;
    
//    person->ivar_strong = temp;
//    NSLog(@"TTT %@", person->ivar_strong);

//    person->ivar_weak = temp;
//    NSLog(@"read weak: %@", person->ivar_weak);

//    person->ivar_unsafe_unretained = temp;
    NSLog(@"END"); // ⬅️ 在这里打断点

 在 END 行打断点，然后 xcode 菜单栏依次 Debug -> Debug Workflow -> Always Show Disassembly 勾选 Always Show Disassembly，运行程序当断点执行时，我们的代码会被编译为汇编代码，依次看到 temp 为属性赋值时的指令跳转：

• ivar_none 赋值时 bl 0x10092e470; symbol stub for: objc_storeStrong
• ivar_strong 赋值时 bl 0x1009be470; symbol stub for: objc_storeStrong
• ivar_weak 赋值时 bl 0x1009be47c; symbol stub for: objc_storeWeak，读取时调用了 objc_loadWeakRetained 和 objc_release
• ivar_unsafe_unretained 赋值时没有发生任何指令跳转，只是单纯的根据地址存储值。

 结果和我们上面的不同修饰符修饰属性时测试的结果完全相同。分析上面属性的汇编代码时我们已知编译器在生成属性的 getter setter 函数时会针对不同的属性修饰符做不同的处理来正确管理对象的引用计数，那么我们为不同的成员变量指定的修饰符信息又是保存在哪里？又是怎么起作用的呢？

ivarLayout/weakIvarLayout

 struct class_ro_t 的 const uint8_t * ivarLayout 和 const uint8_t * weakIvarLayout 分别记录了那些成员变量是 strong 或是 weak，都未记录的就是基本类型和 __unsafe_unretained 的对象类型。这两个值可以通过 runtime 提供的几个 API 来访问和修改:

OBJC_EXPORT const uint8_t * _Nullable class_getIvarLayout(Class _Nullable cls) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
OBJC_EXPORT const uint8_t * _Nullable class_getWeakIvarLayout(Class _Nullable cls) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
OBJC_EXPORT void class_setIvarLayout(Class _Nullable cls, const uint8_t * _Nullable layout) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
OBJC_EXPORT void class_setWeakIvarLayout(Class _Nullable cls, const uint8_t * _Nullable layout) OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

 ivarLayout 和 weakIvarLayout 类型是 uint8_t *，一个 uint8_t 在 16 进制下是两位。

 ivarLayout 是一系列的字符，每两个一组，比如 \xmn，每一组 Ivar Layout 中第一位表示有 m 个非强属性，第二位表示接下来有 n 个强属性。

🌰 1：

// LGPerson.h 
@interface LGPerson : NSObject {
    __strong NSObject *ivar_strong; // 无修饰符的对象默认会加 __strong
    __strong NSObject *ivar_strong2;
    __weak NSObject *ivar_weak;
    __weak NSObject *ivar_weak2;
    __unsafe_unretained NSObject *ivar_unsafe_unretained;
}

 控制台执行如下指令:

// class_getIvarLayout 获取 ivarLayout
(lldb) p class_getIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t *) $0 = 0x0000000100000f89 "\x02"
(lldb) x/2xb $0
0x100000f89: 0x02 0x00 
// 0x02 前面是 0，后面 2 表示连续两个 strong Ivar (ivar_strong、ivar_strong2)。

// class_getWeakIvarLayout 获取 weakIvarLayout
(lldb) p class_getWeakIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t *) $1 = 0x0000000100000f8b """
(lldb) x/2xb $1
0x100000f8b: 0x22 0x00 
// 0x22 前面一个 2 表示连续两个非 weak Ivar (ivar_strong、ivar_strong2) ，
// 后面 2 是连续两个 weak Ivar (ivar_weak、ivar_weak2)。

🌰 2：

@interface LGPerson : NSObject {
    __strong NSObject *ivar_strong; // 无修饰符的对象默认会加 __strong
    int a;
    __strong NSObject *ivar_strong2;
    __weak NSObject *ivar_weak;
    __weak NSObject *ivar_weak2;
    __unsafe_unretained NSObject *ivar_unsafe_unretained;
}

 控制台执行如下指令:

(lldb) p class_getIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t *) $0 = 0x0000000100000f8b "\x01\x11"
(lldb) x/3xb $0
0x100000f8b: 0x01 0x11 0x00
// 0x01 前面是 0，1 表示一个 strong Ivar (ivar_strong) ，
// 0x11 前面 1 表示非 strong Ivar (a) 后面 1 表示一个 strong Ivar (ivar_strong2)。

(lldb) p class_getWeakIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t *) $1 = 0x0000000100000f8e "2"
(lldb) x/2xb $1
0x100000f8e: 0x32 0x00 
// 0x32 前面 3 表示连续 3 个非 weak Ivar (ivar_strong、a、ivar_strong2) ，
// 后面 2 表示连续两个 weak Ivar (ivar_weak、ivar_weak2)。

🌰 3：

@interface LGPerson : NSObject {
    int a;
    __strong NSObject *ivar_strong; // 无修饰符的对象默认会加 __strong
    int b;
    __strong NSObject *ivar_strong2;
    __strong NSObject *ivar_strong3;
    int c;
    __weak NSObject *ivar_weak;
    int d;
    __weak NSObject *ivar_weak2;
    __weak NSObject *ivar_weak3;
    __weak NSObject *ivar_weak4;
    __strong NSObject *ivar_strong4;
    __unsafe_unretained NSObject *ivar_unsafe_unretained;
}

 控制台执行如下指令:

(lldb) p class_getIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t *) $0 = 0x0000000100000f85 "\x11\x12a"
(lldb) x/4xb $0
0x100000f85: 0x11 0x12 0x61 0x00
// 0x11 前面 1 表示一个非 strong Ivar (a)，
// 后面 1 表示 strong Ivar (ivar_strong)。
// 0x12 前面 1 表示非 strong Ivar (b)，
// 后面 2 表示连续两个 strong Ivar (ivar_strong2、ivar_strong3)。
// 0x61 前面 6 表示连续六个非 strong Ivar (c、ivar_weak、d、ivar_weak2、ivar_weak3、ivar_strong4)，
// 后面 1 表示一个 strong Ivar (ivar_strong4)。

(lldb) p class_getWeakIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t *) $1 = 0x0000000100000f89 "a\x13"
(lldb) x/3xb $1
0x100000f89: 0x61 0x13 0x00
// 0x61 前面 6 表示连续六个非 weak Ivar (a、ivar_strong、b、ivar_strong2、ivar_strong3、c)，
// 后面 1 表示一个 weak Ivar (ivar_weak)。
// 0x13 前面 1 表示一个非 weak Ivar (d)，
// 后面 3 表示连续三个 weak Ivar (ivar_weak2、ivar_weak3、ivar_weak4)

🌰 4：（那如果连续的 strong Ivar 超过了 0xf 个怎么办呢？会重新开始一个 uint8_t 来记录 ）

@interface LGPerson : NSObject {
    __weak NSObject *ivar_weak1;
    ...
    __weak NSObject *ivar_weak18; // 连续定义 18 个 weak Ivar
    
    __strong NSObject *ivar_strong4;
    __unsafe_unretained NSObject *ivar_unsafe_unretained;
}
@end

 控制台执行如下指令:

(lldb) p class_getIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t * _Nullable) $0 = 0x0000000100003e98 "\xfffffff01"
(lldb) x/3xb $0
0x100003e98: 0xf0 0x31 0x00
// 0xf0 前面 f 表示连续十五个非 strong Ivar，
// 后面 0 表示零个 strong Ivar。
// 0x31 前面 3 表示连续三个非 strong Ivar 和前面的 15 加起来总共 18 个 weak Ivar，
// 后面 1 表示一个 strong Ivar (ivar_strong4)

(lldb) p class_getWeakIvarLayout([LGPerson class])
(const uint8_t * _Nullable) $1 = 0x0000000100003e9b "\x0f\x03"
(lldb) x/3xb $1
0x100003e9b: 0x0f 0x03 0x00
// 0x0f 和 0x03，f + 3 表示连续 18 个 weak Ivar

 对于 ivarLayout 来说，每个 uint8_t 的高 4 位代表连续是非 storng 类型 Ivar 的数量（m），m ∈ [0x0, 0xf]，低 4 位代表连续是 strong 类型 Ivar 的数量（n），n ∈ [0x0, 0xf]。  对于 weakIvarLayout 来说，每个 uint8_t 的高 4 位代表连续是非 weak 类型 Ivar 的数量（m），m ∈ [0x0, 0xf]，低 4 位代表连续是 weak 类型 Ivar 的数量（n），n ∈ [0x0, 0xf]。  无论是 ivarLayout 还是 weakIvarLayout，结尾都需要填充 \x00 结尾。

 对于 ivarLayout 来说，它只关心 strong 成员变量的数量，而记录前面有多少个非 strong 变量的数量无非是为了正确移动索引值而已。在最后一个 strong 变量后面的所有非 strong 变量，都会被自动忽略。weakIvarLayout 同理，apple 这么做的初衷是为了尽可能少的内存去描述类的每一个成员变量的内存修饰符。像上面的例子 20 个成员变量，ivarLayout 用了 2 + 1 = 3 个字节 weakIvarLayout 用了 2 + 1 = 3 个字节，就描述了 20 个变量的内存修饰符。

参考链接

参考链接:🔗

• ObjC如何通过runtime修改Ivar的内存管理方式
• Objective-C Class Ivar Layout 探索
• Objective-C类成员变量深度剖析
• iOS基础系列-- atomic, nonatomic
• 低于0.01%的极致Crash率是怎么做到的？
• [iOS]深入理解ivar及property
• Declared Properties
• iOS @property 属性相关的总结
• atomic关键字的一些理解