iOS底层之类的结构分析在iOS开发中，我们会自定义很多类，那么类到底是怎样的一个结构呢，通过源码我们来分析一下在iOS

`isa`流程分析

首先来看一张比较熟悉的isa的流程走位图

isa流程图.png

`isa`指向链

实例对象instance的isa指向类class;
类对象class也有isa指向的是元类meta，
元类mata中也有isa指向的是根元类root meta；

isa走位图(1).png

类的继承链

子类继承与父类，父类继承与根类，根类指向的是nil；
在元类中也存在继承，子类的元类继承与父类的元类，父类的元类继承与根元类，根元类又继承与根类;

类的继承链.png

`isa`流程实例验证

补充：在获取到对象的isa值后，可以通过&（与）一个掩码ISA_MASK 0x007ffffffffffff8ULL来获取到对象关联的类地址。

`isa`指向链验证

定义一个LGPerson继承NSObject，同时定义LGTeacher继承LGPerson。

LGPerson *p = [LGPerson alloc];
NSLog(@"%@",p);
LGTeacher *t = [LGTeacher alloc];
NSLog(@"%@",t);

在LLDB调试对象t，通过t的isa找到关联类LGTeacher的地址为0x0000000100008310。

接着我们按同样的方式输出，找到LGTeacher类对象的isa关联类地址为0x00000001000082e8。往下找，找到LGTeacher元类对象的isa关联类地址为0x00007ff85e5f2220。

按同样的方式，找到NSObject类对象的isa关联地址为0x00007ff85e5f2220，和LGTeacher元类对象的isa关联类地址一致，可以验证元类的isa指向根元类。

根元类的isa指向自己。

类的继承链验证

同样按照LGPerson继承NSObject，LGTeacher继承LGPerson的定义。

Class tClass = LGTeacher.class;
Class pClass = class_getSuperclass(tClass);
Class nClass = class_getSuperclass(pClass);
Class rClass = class_getSuperclass(nClass);
NSLog(@"\n tClass-%@ \n pClass-%@ \n nClass-%@ \n rClass-%@ \n", tClass, pClass, nClass, rClass);

通过上面代码输出打印，很明显看出subClass->superClass->NSObject->nil的继承链关系。

LGTeacher * teacher = [LGTeacher alloc];
Class tClass = object_getClass(teacher);
Class mtClass = object_getClass(tClass);
Class mtSuperClass = class_getSuperclass(mtClass);
NSLog(@"\n teacher %p 实例对象 -- %p 类 -- %p 元类 -- %p 元类父类", teacher, tClass, mtClass, mtSuperClass);

LGPerson * person = [LGPerson alloc];
Class pClass = object_getClass(person);
Class mpClass = object_getClass(pClass);
Class mpSuperClass = class_getSuperclass(mpClass);
NSLog(@"\n person %p 实例对象 -- %p 类 -- %p 元类 -- %p 元类父类", person, pClass, mpClass, mpSuperClass);

NSObject * obj = [NSObject alloc];
Class objClass = object_getClass(obj);
Class mobjClass = object_getClass(objClass);
Class mobjSuperClass = class_getSuperclass(mobjClass);
NSLog(@"\n NSObject %p 实例对象 -- %p 类 -- %p 元类 -- %p 元类父类", obj, objClass, mobjClass, mobjSuperClass);

teacher 0x600000201ba0 实例对象 -- 0x100008310 类 -- 0x1000082e8 元类 -- 0x100008338 元类父类

person 0x600000201bc0 实例对象 -- 0x100008360 类 -- 0x100008338 元类 -- 0x7ff85e5f2220 元类父类

NSObject 0x600000004030 实例对象 -- 0x7ff85e5f2270 类 -- 0x7ff85e5f2220 元类 -- 0x7ff85e5f2270 元类父类

通过输出信息我们可以看出

teacher的元类父类地址0x100008338 == person的元类地址0x100008338;
person的元类父类地址0x7ff85e5f2220 == NSObject的元类地址0x7ff85e5f2220;
NSObject的元类父类地址0x7ff85e5f2270 == NSObject的类地址0x7ff85e5f2270;

综合，我们可以得出元类的继承链关系为Sub Meta->Super Meta->Root Meta-> NSObject。

类的结构

前面对象的本质中，我们知道Class的定义是objc_class结构体类型，那么就看一下objc_class的结构体的结构是怎样定义的。

struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

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
... 其他代码
}

这里objc_class的继承与objc_object，objc_object的结构中只有一个isa指针，因此，objc_class的成员组成为：

从objc_object继承的指针isa;

superclass: Class类型指向父类的指针

cache：缓存相关的东西

bits：数据

类的结构.png

cache结构

cache_t也是一个结构体定义

struct cache_t {
private:
    explicit_atomic<uintptr_t> _bucketsAndMaybeMask; // 8字节
    union {
        struct {
            explicit_atomic<mask_t>    _maybeMask; // uint32_t 4字节
#if __LP64__
            uint16_t                   _flags;     // 2字节
#endif
            uint16_t                   _occupied;  // 2字节
        };
        explicit_atomic<preopt_cache_t *> _originalPreoptCache;  // 8字节
    };
 }

分析整个cache_t的结构，发现cache_t的内存总共为16字节。关于cache_t的探究专门写了一篇文章。

`bits`探究

bits是今天的探究重点，bits到底存储了哪些数据，在objc_class里有一段源码是data操作。

class_rw_t *data() const {
    return bits.data();
}
void setData(class_rw_t *newData) {
    bits.setData(newData);
}

这里data的类型是class_rw_t，在class_rw_t的源码中，我们可以看到几个方法：

ro:成员变量、methods：方法、properties：属性、protocols协议，我们在类中定义的方法，属性等就行通过调取class_rw_t结构体中的方法获取的。

实例探究

下面我们通过实例，来验证一下类的结构是否如上面分析的一致。

我们自定义一个类LGPerson继承自NSObject，定义一些属性和实力方法以及类方法。

LLDB调试输出

这里我们可以看出第一个地址0x0000000100008228是类的第一个成员isa，第二个地址0x0000000100816140是类的第二个成员superclass。

前面我们知道isa指针8字节，superclass指针8字节，cache结构体16字节，通过LGPerson的首地址便宜8 + 8 + 16 = 32字节我们就可以得到bits的内存地址。

这里用LGPerson的首地址0x100008250加上32字节，得到地址0x0000000100008270，然后转换一下指针类型，得到$9为class_data_bits_t类型，调用data方法就得到$10地址为class_rw_t类型，下面就来探究class_rw_t中的属性、方法、协议。

注意

在转换class_data_bits_t这一步，需要在源码环境调试，关于源码的下载和编译，介绍一个靓仔，# iOS 全网最新objc4 可调式/编译源码还有编译好的源码的下载地址

属性`properties`

调用class_rw_t的properties()方法，得到property_array_t类型的数组，继承与list_array_tt，找到list下的ptr。

ptr为property_list_t类型，是继承与entsize_list_tt，

entsize_list_tt部分源码

struct entsize_list_tt {
    uint32_t entsizeAndFlags;
    uint32_t count;  // 数量

    uint32_t entsize() const {
        return entsizeAndFlags & ~FlagMask;
    }
    uint32_t flags() const {
        return entsizeAndFlags & FlagMask;
    }
    Element& getOrEnd(uint32_t i) const {
        ASSERT(i <= count);
        return *PointerModifier::modify(*this, (Element *)((uint8_t *)this + sizeof(*this) + i*entsize()));
    }
    Element& get(uint32_t i) const { // 获取元素方法
        ASSERT(i < count);
        return getOrEnd(i);
    }
    // ... 省略
};

通过get方法，获取元素，可以看到下面的结果，LGPerson中的属性name和age在properties()里，而成员变量hobby不在这里。

方法`methods`

调用class_rw_t的methods()方法，得到method_array_t类型的数组，继承与list_array_tt，同样找到list下的ptr。

这里看到ptr是method_list_t类型，同样继承与entsize_list_tt，其中有count为6，输出查看

这里的元素为method_t类型，method_t为结构体类型，其中的一个成员变量为big的结构体，里面是方法名称等信息。

我们在调用method_t的big方法，查看输出

这里看到6个方法分别是

实例方法：sayHello；

属性name的get方法；

C++析构函数：.cxx_destruct

属性name的set方法；

属性age的get方法；

属性age的get方法；

这里的6个方法都是实力对象方法，并没有我们定义的类方法sayWorld。

协议protocols

我们自定义一个协议LGPersonDelegate，让LGPerson遵守并实现协议方法

调用class_rw_t的protocols()方法，得到protocol_array_t类型的数组，继承与list_array_tt，同样找到list下的ptr。

这里看到ptr是protocol_list_t类型，不是继承自entsize_list_tt，那我们看一下protocol_list_t的定义

看到protocol_list_t的定义，我们知道count值为1，说明是有值，但是其成员是protocol_ref_t为uintptr_t类型，那怎么输出查看这个count中的1到底是什么呢查看protocol_ref_t的定义，通过注释信息，我们可以看到protocol_ref_t未映射到protocol_t类型，那我们就找protocol_t的定义

这里看到protocol_t中有mangledName以及instanceMethods等，只要得到protocol_t就可以输出我们想要的名称方法等信息，怎么才能从protocol_ref_t映射到protocol_t呢，全局找一下吧

一不小心找到了😁，这里我们看到，protocol_ref_t是可以强转protocol_t的，那我们就试试

强转成功，调用demangledName方法，我们就得到了LGPersonDelegate，那我们再找一下协议方法

按照method输出的经验，成功找到协议方法personDelegateMethod。

`ro`

调用class_rw_t的ro方法，得到class_ro_t的结构体

查看class_ro_t的内容，看到这里有成员ivars，这引起了我们的注意

接着查看ivars，是ivar_list_t类型的结构体，也是继承entsize_list_tt，那么我们就可以调用get方法查看成员。

调用get方法查看输出，这里就可以看到3个成员变量，自定义hobby和系统帮我们定义的属性生成带_的成员变量。

类方法

在上面的methods方法中，我们并没有得到定义的类方法sayWorld，不由得我陷入了沉思，我们定义的类结构中，没有我们定义的类方法，那类方法会存在哪里呢？

这里我们换个思考角度想一下，在methods中全都是实例方法，也就是对象方法，对象方法是存在类中；类方法是类对象在调用，那类方法是不是存在元类中呢？不得而知，那么我们就去验证一下。

首先获取到LGPerson的元类地址，然后按照methods方面的方法步骤，我们成功输出sayWorld方法，也验证了上面的猜想。

这里我们不由的想，OC的底层是C和C++实现的，在C语言和C++中，不存在对象方法和类方法的区分，有的都是函数实现，在OC的设计中，一个类可以new出无数个对象，因此把方法存在类中，而不是动态创建的对象中，是合理的。

因为OC的对象方法和类方法的定义是-和+的区分，那么方法名称就会有重名的存在，因此才会引入元类的概念，元类的存在就是解决类方法的问题。

类的结构总结

类的结构总结用一张流程图

其中protocol_ref_t是一个无符号长整型，可以强转为protocol_t，这是后面才找到的。

以上就是对于OC中类的结构分析，如有疑问或错误之处，请评论区留言或私信我，非常感谢!!!

iOS底层之类的结构分析

isa流程分析

isa指向链