Runtime结构

OC是一门动态性比较强的语言，跟C、C++语言有着很大不同
OC的动态性是由Runtime API来支撑的
Runtime API提供的接口基本都是C语言的，源码由C/C++/汇编语言编写

要想学习runtime，首先要了解它底层的一些常用数据结构，比如isa指针

在arm64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

在arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多信息

union isa_t {
    Class cls;
    uintptr_t bits;
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;                                       \
        uintptr_t has_assoc         : 1;                                       \
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                       \
        uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
        uintptr_t magic             : 6;                                       \
        uintptr_t weakly_referenced : 1;                                       \
        uintptr_t unused            : 1;                                       \
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                       \
        uintptr_t extra_rc          : 19
   };
}

isa-位域

nonpointer

0，代表普通指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址

1，代表优化过，使用位域来存储更多信息
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

是否正在释放对象
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的类属性里；
extra_rc

里面存储的值是引用计数器减1

Class的结构

struct objc_class {
    Class isa;
    Class super_class;
    cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable   方法缓存
    class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags  用于获取具体的类信息
}

struct class_rw_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t version;
    const class_ro_t *ro;
    method_list_t *methods;   //方法列表
    property_list_t *properties; //属性列表
    const protocol_list_t *protocols; //协议列表
    Class firstSubclass;
  Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
}

struct class_ro_t {
        uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;  //instance对象占用的内存空间
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
        const uint8_t * ivarLayout;
        const char * name;  //类名
        method_list_t *baseMethodList;
        protocol_list_t * baseProtocols;
        const ivar_list_t * ivars;  //成员变量列表
        const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
}

class_rw_t

class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容，分类的内容；

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class_ro_t

class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容；

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method_t

method_t 是对方法/函数的封装

struct method_t {
    SEL name;  //函数名
        IMP imp;  //指向函数的指针（函数地址） 
    const char *types; //编码（返回值类型、参数类型）  
};

IMP 代表函数的具体实现

typedef id _Nullable (*IMP)(id _Nonnull, SEL _Nonnull, ...);

SEL 代表方法名/函数名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似

/// An opaque type that represents a method selector.
typedef struct objc_selector *SEL;

可以通过@selector和sel_registerName()获得
可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串
不同类中相同名字的方法，所对应方法选择器是相同的

Type 包含了函数的返回值、参数类型

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type encoding

iOS中提供了一个叫做@encode的指令，可以将具体的类型表示成字符串编码

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方法缓存

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;  //散列表的长度-1
        mask_t _occupied; //已经缓存的方法数量
}

struct bucket_t {
        cache_key_t _key; //SEL 作为key
    IMP _imp; //函数的内存地址
}

iOS底层原理笔记 - Runtime结构