类和分类的加载

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前言

通过dyld和objc关联我们已经知道，非懒加载的类会在函数realizeClassWithoutSwift进行数据的加载，今天我们就来探究一下类的方法、属性和协议等数据是如何加载到ro、rw和rwe中的。

首先来介绍一下什么是ro、rw和rwe

  • ro是类的结构中class_ro_t类型的一个数据，用来存储编绎时就已经确定的类的方法、属性和协议等数据，它是read-only的干净内存；
  • rw是类的结构中class_rw_t类型的一个数据，在程序运行过程中，需要使用到ro中数据时，为了保护ro中的数据不会在运行时被修改，会把ro中的数据copy一份到rw中，rw可能在运行时被修改，在程序运行过程中我们在读取类信息时读取的就是rw中的数据；
  • rwe是满足OC运行时的特性，将运行时动态生成的方法、属性和协议等数据写入到rwe而设计的，比如分类中实现的方法会在运行时动态的添加到类的数据结构的rw中，这样才能保证可以直接通过类的实例或类对象调用到分类中的方法。

准备工作

首先准备objc4-781源码并配置成可编绎执行

由于系统的类我们无法控制，为了更好的体现类的加载的原理，我们创建一个自己的类LGPerson，实现它的load方法，使其成为一个非懒加载的类。

类的加载分析

非懒加载类的加载

添加相应的代码，保证我们研究的对象是LGPerson

运行程序，断点调试到_read_images函数的非懒加载类处理的地方

由此我们可以确定当前研究的对象确实是实现了load方法的非懒加载类--LGPerson

懒加载的类的加载

我们已经知道了非懒加载的类是通过_read_images中调用realizeClassWithoutSwift函数进行加载，那么懒加类的又是如何加载的呢？

1.我们将LGPerson的load方法去掉使其成为懒加载的类,在main函数中调用LGPerson的alloc方法初始化一个类对象;

这里的断点保证当前研究对象是LGPerson

2.在realizeClassWithoutSwift函数中断点调试

3.在控制台bt打印堆栈信息

通过堆栈信息打印我们可以发现，当调用LGPerson的alloc方法时进入消息转发，来到lookUpImpOrForward函数，最后由lookUpImpOrForward函数来到了realizeClassWithoutSwift函数加载类信息

查看lookUpImpOrForward函数的源码

initializeAndLeaveLocked不就是堆栈信息中lookUpImpOrForward函数下一个执行的函数嘛，!cls->isInitialized()说明当类还没有初始化的时候才会来到这里。由于说明，对于懒加载的类，只有当第一次使用它，才会加载它的类信息。我们的项目中有成千上万的类，而dyld关联objc加载类信息的过程会产生大量的临时变量，并且执行大量的代码，执行排序等操作，如果在dyld阶段加载所有的类信息，无疑是非常消耗性能和时间的。通过懒加载的方式，在使用到时类时才加载类信息，可以大大提高程序的性能和加快程序的启动。

懒加载类和非懒加载类的加载区别

懒加载类和非懒加载类区别是否实现了load方法

realizeClassWithoutSwift函数分析

  • if (cls->isRealized()) return cls已经实现的类直接return;
  • auto ro = (const class_ro_t *)cls->data()将data数据保存到临时变量ro；
  • 初始化rw，将rocopy一份到rw，并设置cls的rw.

确实isa指向

  • 确定继承关系;
  • 设置C++的析构函数.

确定子类和父类的继承与被继承的双向链表关系

递归调用，确认继承链

通过realizeClassWithoutSwift函数,类的信息从data中加载到了ro中，将从ro copy到了一份到rw中，类的加载完成。

分类的加载

1.在main.m文件中添加LGPerson的分类

2.使用 clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 将main.m文件编绎成main.cpp文件,有关clang的内容请看OC对象本质及isa结构分析

分类的本质

打开main.cpp文件找到LGPerson(LG)分类

可以看到分类的本质是_category_t类型的结构体

搜索_category_t，找到它的定义

  • name:分类名；
  • cls:类；
  • instance_methods:实例方法列表;
  • class_methods：类方法列表;
  • protocols:协议列表；
  • properties:属性列表.

可以看到不管是类方法还是实例方法，在分类中都有对应的方法名（sel），方法签名和函数指针(imp)

属性只有声明，没有实现set和get方法.

methodizeClass 函数分析

此函数用于将分类中的方法、协议和属性等数据添加到对应的类中

定位到要研究的类--LGPerson

将分类中的方法、属性和协议加载到rwe中？方法先调用prepareMethodLists函数进行排序. 打印一下，rwe,发现是它是NULL,说明此时分类中的数据并没有添加到类中.

下面看attachToClass函数实现

attachToClass函数分析

attachToClass函数调用了attachCategories函数

attachCategories函数分析

初始化rwe

将分类中的方法、协议和属性等数据准备好

调用attachLists函数进行下一步操作

attachCategories函数分析图

在objc4-781源码中全局搜索一下rwe的初始化函数extAllocIfNeeded,我们发现在objc_duplicateClass、_class_addProperty、class_addProtocol、addMethods、class_setVersion、demangledName、attachCategories中都有调用extAllocIfNeeded函数.

attachLists函数分析

  • 当没有分类时，走else if方法，直接赋值，结果是一维数组；
  • 当只有一个分类时，走else方法，开辟新的内存空间，将类的数据copy到数组的最后面，将新添加进来的数据放在前面；
  • 当有多个分类时，走if，开辟新的内存空间，将之前的数据移动到数组的最后面，将新添加进来的数据放在前面；

##分类的加载时机

类和分类都实现了load方法

此时类和分类都是非懒加载的，会有dyly关联objc阶段加载分类数据。

只有类实现了load方法

类是非懒加载的，会在编绎时期将分类的数据加载到macho文件中，在类加载的时候从data中加载到类中。

只有分类实现了load方法

此时，类是懒加载的，分类是非懒加载的，在dyly关联objc阶段会加载分类数据，但是分类数据需要保存到类中，所以此时会迫使类以非懒加载的形式加载。

类和分类都没有实现load方法

类和分类都是懒加载的，会在第一次调用方法的消息发送时加载类数据和分类数据。

分类的加载总结

总结

  • 类的加载分为非懒加载类和懒加载类的加类，非懒加载类的加类在dyld关联objc阶段完成；懒加载类的加载在第一次使用到该类，即第一次消息发送时完成加载。
  • 分类的本质是结构体，分类的加载同样分为非懒加载分类和懒加载分类；
  • 分类的数据最终会加载到类的rwe中的，这样我们就可以通过类或类的实例调用分类中的方法了。
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