iOS-底层原理 17:类的加载(上)

it2023-07-09  64

iOS 底层原理 文章汇总

在上一篇iOS-底层原理 16:dyld与objc的关联文章中,我们理解了dyld与objc是如何关联的,本文的主要目的是理解类的相关信息是如何加载到内存的,其中重点关注map_images和load_images

map_images:主要是管理文件中和动态库中的所有符号,即class、protocol、selector、category等

load_images:加载执行load方法

其中代码通过编译,读取到Mach-O可执行文件中,再从Mach-O中读取到内存,如下图所示

map_images:加载镜像文件到内存

在查看源码之前,首先需要说明为什么map_images有&,而load_images没有

map_images是 引用类型,外界变了,跟着变。load_images是 值类型,不传递值

map_images源码流程

map_images方法的主要作用是将Mach-O中的类信息加载到内存

进入map_images的源码 void map_images(unsigned count, const char * const paths[], const struct mach_header * const mhdrs[]) { mutex_locker_t lock(runtimeLock); return map_images_nolock(count, paths, mhdrs); } 进入 map_images_nolock 源码,其关键代码是_read_images void map_images_nolock(unsigned mhCount, const char * const mhPaths[], const struct mach_header * const mhdrs[]) { //...省略 // Find all images with Objective-C metadata.查找所有带有Objective-C元数据的映像 hCount = 0; // Count classes. Size various table based on the total.计算类的个数 int totalClasses = 0; int unoptimizedTotalClasses = 0; //代码块:作用域,进行局部处理,即局部处理一些事件 { //...省略 } //...省略 if (hCount > 0) { //加载镜像文件 _read_images(hList, hCount, totalClasses, unoptimizedTotalClasses); } firstTime = NO; // Call image load funcs after everything is set up.一切设置完成后,调用镜像加载功能。 for (auto func : loadImageFuncs) { for (uint32_t i = 0; i < mhCount; i++) { func(mhdrs[i]); } } }

_read_images 源码实现

_read_images主要是主要是加载类信息,即类、分类、协议等,进入_read_images源码实现,主要分为以下几部分:

1、条件控制进行的一次加载2、修复预编译阶段的@selector的混乱问题3、错误混乱的类处理4、修复重映射一些没有被镜像文件加载进来的类5、修复一些消息6、当类里面有协议时:readProtocol 读取协议7、修复没有被加载的协议8、分类处理9、类的加载处理10、没有被处理的类,优化那些被侵犯的类

1、条件控制进行的一次加载

在doneOnce流程中通过NXCreateMapTable 创建表,存放类信息,即创建一张类的哈希表``gdb_objc_realized_classes,其目的是为了类查找方便、快捷

if (!doneOnce) { //...省略 // namedClasses // Preoptimized classes don't go in this table. // 4/3 is NXMapTable's load factor int namedClassesSize = (isPreoptimized() ? unoptimizedTotalClasses : totalClasses) * 4 / 3; //创建表(哈希表key-value),目的是查找快 gdb_objc_realized_classes = NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, namedClassesSize); ts.log("IMAGE TIMES: first time tasks"); }

查看gdb_objc_realized_classes的注释说明,这个哈希表用于存储不在共享缓存且已命名类,无论类是否实现,其容量是类数量的4/3

// This is a misnomer: gdb_objc_realized_classes is actually a list of // named classes not in the dyld shared cache, whether realized or not. //gdb_objc_realized_classes实际上是不在dyld共享缓存中的已命名类的列表,无论是否实现 NXMapTable *gdb_objc_realized_classes; // exported for debuggers in objc-gdb.h

2、修复预编译阶段的@selector的混乱问题

主要是通过通过_getObjc2SelectorRefs拿到Mach_O中的静态段__objc_selrefs,遍历列表调用sel_registerNameNoLock将SEL添加到namedSelectors哈希表中

// Fix up @selector references 修复@selector引用 //sel 不是简单的字符串,而是带地址的字符串 static size_t UnfixedSelectors; { mutex_locker_t lock(selLock); for (EACH_HEADER) { if (hi->hasPreoptimizedSelectors()) continue; bool isBundle = hi->isBundle(); //通过_getObjc2SelectorRefs拿到Mach-O中的静态段__objc_selrefs SEL *sels = _getObjc2SelectorRefs(hi, &count); UnfixedSelectors += count; for (i = 0; i < count; i++) { //列表遍历 const char *name = sel_cname(sels[i]); //注册sel操作,即将sel添加到 SEL sel = sel_registerNameNoLock(name, isBundle); if (sels[i] != sel) {//当sel与sels[i]地址不一致时,需要调整为一致的 sels[i] = sel; } } } } 其中_getObjc2SelectorRefs的源码如下,表示获取Mach-O中的静态段__objc_selrefs,后续通过_getObjc2开头的Mach-O静态段获取,都对应不同的section name // function name content type section name GETSECT(_getObjc2SelectorRefs, SEL, "__objc_selrefs"); GETSECT(_getObjc2MessageRefs, message_ref_t, "__objc_msgrefs"); GETSECT(_getObjc2ClassRefs, Class, "__objc_classrefs"); GETSECT(_getObjc2SuperRefs, Class, "__objc_superrefs"); GETSECT(_getObjc2ClassList, classref_t const, "__objc_classlist"); GETSECT(_getObjc2NonlazyClassList, classref_t const, "__objc_nlclslist"); GETSECT(_getObjc2CategoryList, category_t * const, "__objc_catlist"); GETSECT(_getObjc2CategoryList2, category_t * const, "__objc_catlist2"); GETSECT(_getObjc2NonlazyCategoryList, category_t * const, "__objc_nlcatlist"); GETSECT(_getObjc2ProtocolList, protocol_t * const, "__objc_protolist"); GETSECT(_getObjc2ProtocolRefs, protocol_t *, "__objc_protorefs"); GETSECT(getLibobjcInitializers, UnsignedInitializer, "__objc_init_func"); sel_registerNameNoLock源码路径如下:sel_registerNameNoLock -> __sel_registerName,如下所示,其关键代码是auto it = namedSelectors.get().insert(name);,即将sel插入namedSelectors哈希表 SEL sel_registerNameNoLock(const char *name, bool copy) { return __sel_registerName(name, 0, copy); // NO lock, maybe copy } 👇 static SEL __sel_registerName(const char *name, bool shouldLock, bool copy) { SEL result = 0; if (shouldLock) selLock.assertUnlocked(); else selLock.assertLocked(); if (!name) return (SEL)0; result = search_builtins(name); if (result) return result; conditional_mutex_locker_t lock(selLock, shouldLock); auto it = namedSelectors.get().insert(name);//sel插入表 if (it.second) { // No match. Insert. *it.first = (const char *)sel_alloc(name, copy); } return (SEL)*it.first; } 其中selector --> sel并不是简单的字符串,是带地址的字符串 如下所示,sels[i]与sel字符串一致,但是地址不一致,所以需要调整为一致的。即fix up,可以通过打印调试显示如下

3、错误混乱的类处理

主要是从Mach-O中取出所有类,在遍历进行处理

//3、错误混乱的类处理 // Discover classes. Fix up unresolved future classes. Mark bundle classes. bool hasDyldRoots = dyld_shared_cache_some_image_overridden(); //读取类:readClass for (EACH_HEADER) { if (! mustReadClasses(hi, hasDyldRoots)) { // Image is sufficiently optimized that we need not call readClass() continue; } //从编译后的类列表中取出所有类,即从Mach-O中获取静态段__objc_classlist,是一个classref_t类型的指针 classref_t const *classlist = _getObjc2ClassList(hi, &count); bool headerIsBundle = hi->isBundle(); bool headerIsPreoptimized = hi->hasPreoptimizedClasses(); for (i = 0; i < count; i++) { Class cls = (Class)classlist[i];//此时获取的cls只是一个地址 Class newCls = readClass(cls, headerIsBundle, headerIsPreoptimized); //读取类,经过这步后,cls获取的值才是一个名字 //经过调试,并未执行if里面的流程 //初始化所有懒加载的类需要的内存空间,但是懒加载类的数据现在是没有加载到的,连类都没有初始化 if (newCls != cls && newCls) { // Class was moved but not deleted. Currently this occurs // only when the new class resolved a future class. // Non-lazily realize the class below. //将懒加载的类添加到数组中 resolvedFutureClasses = (Class *) realloc(resolvedFutureClasses, (resolvedFutureClassCount+1) * sizeof(Class)); resolvedFutureClasses[resolvedFutureClassCount++] = newCls; } } } ts.log("IMAGE TIMES: discover classes");

通过代码调试,知道了在未执行readClass方法前,cls只是一个地址

在执行后,cls是一个类的名称

所以到这步为止,类的信息目前仅存储了地址+名称

4、修复重映射一些没有被镜像文件加载进来的类

主要是将未映射的Class 和Super Class进行重映射,其中

_getObjc2ClassRefs是获取Mach-O中的静态段__objc_classrefs即类的引用

_getObjc2SuperRefs是获取Mach-O中的静态段__objc_superrefs即父类的引用

通过注释可以得知,被remapClassRef的类都是懒加载的类,所以最初经过调试时,这部分代码是没有执行的

//4、修复重映射一些没有被镜像文件加载进来的类 // Fix up remapped classes 修正重新映射的类 // Class list and nonlazy class list remain unremapped.类列表和非惰性类列表保持未映射 // Class refs and super refs are remapped for message dispatching.类引用和超级引用将重新映射以进行消息分发 //经过调试,并未执行if里面的流程 //将未映射的Class 和 Super Class重映射,被remap的类都是懒加载的类 if (!noClassesRemapped()) { for (EACH_HEADER) { Class *classrefs = _getObjc2ClassRefs(hi, &count);//Mach-O的静态段 __objc_classrefs for (i = 0; i < count; i++) { remapClassRef(&classrefs[i]); } // fixme why doesn't test future1 catch the absence of this? classrefs = _getObjc2SuperRefs(hi, &count);//Mach_O中的静态段 __objc_superrefs for (i = 0; i < count; i++) { remapClassRef(&classrefs[i]); } } } ts.log("IMAGE TIMES: remap classes");

5、修复一些消息

主要是通过_getObjc2MessageRefs 获取Mach-O的静态段 __objc_msgrefs,并遍历通过fixupMessageRef将函数指针进行注册,并fix为新的函数指针

#if SUPPORT_FIXUP //5、修复一些消息 // Fix up old objc_msgSend_fixup call sites for (EACH_HEADER) { // _getObjc2MessageRefs 获取Mach-O的静态段 __objc_msgrefs message_ref_t *refs = _getObjc2MessageRefs(hi, &count); if (count == 0) continue; if (PrintVtables) { _objc_inform("VTABLES: repairing %zu unsupported vtable dispatch " "call sites in %s", count, hi->fname()); } //经过调试,并未执行for里面的流程 //遍历将函数指针进行注册,并fix为新的函数指针 for (i = 0; i < count; i++) { fixupMessageRef(refs+i); } } ts.log("IMAGE TIMES: fix up objc_msgSend_fixup"); #endif

6、当类里面有协议时:readProtocol 读取协议

//6、当类里面有协议时:readProtocol 读取协议 // Discover protocols. Fix up protocol refs. 发现协议。修正协议参考 //遍历所有协议列表,并且将协议列表加载到Protocol的哈希表中 for (EACH_HEADER) { extern objc_class OBJC_CLASS_$_Protocol; //cls = Protocol类,所有协议和对象的结构体都类似,isa都对应Protocol类 Class cls = (Class)&OBJC_CLASS_$_Protocol; ASSERT(cls); //获取protocol哈希表 -- protocol_map NXMapTable *protocol_map = protocols(); bool isPreoptimized = hi->hasPreoptimizedProtocols(); // Skip reading protocols if this is an image from the shared cache // and we support roots // Note, after launch we do need to walk the protocol as the protocol // in the shared cache is marked with isCanonical() and that may not // be true if some non-shared cache binary was chosen as the canonical // definition if (launchTime && isPreoptimized && cacheSupportsProtocolRoots) { if (PrintProtocols) { _objc_inform("PROTOCOLS: Skipping reading protocols in image: %s", hi->fname()); } continue; } bool isBundle = hi->isBundle(); //通过_getObjc2ProtocolList 获取到Mach-O中的静态段__objc_protolist协议列表, //即从编译器中读取并初始化protocol protocol_t * const *protolist = _getObjc2ProtocolList(hi, &count); for (i = 0; i < count; i++) { //通过添加protocol到protocol_map哈希表中 readProtocol(protolist[i], cls, protocol_map, isPreoptimized, isBundle); } } ts.log("IMAGE TIMES: discover protocols"); 通过NXMapTable *protocol_map = protocols();创建protocol哈希表,表的名称为protocol_map /*********************************************************************** * protocols * Returns the protocol name => protocol map for protocols. * Locking: runtimeLock must read- or write-locked by the caller **********************************************************************/ static NXMapTable *protocols(void) { static NXMapTable *protocol_map = nil; runtimeLock.assertLocked(); INIT_ONCE_PTR(protocol_map, NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, 16), NXFreeMapTable(v) ); return protocol_map; } 通过_getObjc2ProtocolList 获取到Mach-O中的静态段__objc_protolist协议列表,即从编译器中读取并初始化protocol protocol_t * const *protolist = _getObjc2ProtocolList(hi, &count); 循环遍历协议列表,通过readProtocol方法将协议添加到protocol_map哈希表中 readProtocol(protolist[i], cls, protocol_map, isPreoptimized, isBundle);

7、修复没有被加载的协议

主要是通过 _getObjc2ProtocolRefs 获取到Mach-O的静态段 __objc_protorefs(与6中的__objc_protolist并不是同一个东西),然后遍历需要修复的协议,通过remapProtocolRef比较当前协议和协议列表中的同一个内存地址的协议是否相同,如果不同则替换

//7、修复没有被加载的协议 // Fix up @protocol references // Preoptimized images may have the right // answer already but we don't know for sure. for (EACH_HEADER) { // At launch time, we know preoptimized image refs are pointing at the // shared cache definition of a protocol. We can skip the check on // launch, but have to visit @protocol refs for shared cache images // loaded later. if (launchTime && cacheSupportsProtocolRoots && hi->isPreoptimized()) continue; //_getObjc2ProtocolRefs 获取到Mach-O的静态段 __objc_protorefs protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolRefs(hi, &count); for (i = 0; i < count; i++) {//遍历 //比较当前协议和协议列表中的同一个内存地址的协议是否相同,如果不同则替换 remapProtocolRef(&protolist[i]);//经过代码调试,并未执行 } } ts.log("IMAGE TIMES: fix up @protocol references");

其中remapProtocolRef的源码实现如下

/*********************************************************************** * remapProtocolRef * Fix up a protocol ref, in case the protocol referenced has been reallocated. * Locking: runtimeLock must be read- or write-locked by the caller **********************************************************************/ static size_t UnfixedProtocolReferences; static void remapProtocolRef(protocol_t **protoref) { runtimeLock.assertLocked(); //获取协议列表中统一内存地址的协议 protocol_t *newproto = remapProtocol((protocol_ref_t)*protoref); if (*protoref != newproto) {//如果当前协议 与 同一内存地址协议不同,则替换 *protoref = newproto; UnfixedProtocolReferences++; } }

8、分类处理

主要是处理分类,需要在分类初始化并将数据加载到类后才执行,对于运行时出现的分类,将分类的发现推迟推迟到对_dyld_objc_notify_register的调用完成后的第一个load_images调用为止

//8、分类处理 // Discover categories. Only do this after the initial category 发现分类 // attachment has been done. For categories present at startup, // discovery is deferred until the first load_images call after // the call to _dyld_objc_notify_register completes. rdar://problem/53119145 if (didInitialAttachCategories) { for (EACH_HEADER) { load_categories_nolock(hi); } } ts.log("IMAGE TIMES: discover categories");

9、类的加载处理

主要是实现类的加载处理,实现非懒加载类

通过_getObjc2NonlazyClassList获取Mach-O的静态段__objc_nlclslist非懒加载类表

通过addClassTableEntry将非懒加载类插入类表,存储到内存,如果已经添加就不会载添加,需要确保整个结构都被添加

通过realizeClassWithoutSwift实现当前的类,因为前面3中的readClass读取到内存的仅仅只有地址+名称,类的data数据并没有加载出来

// Realize non-lazy classes (for +load methods and static instances) 初始化非懒加载类,进行rw、ro等操作:realizeClassWithoutSwift //懒加载类 -- 别人不动我,我就不动 //实现非懒加载的类,对于load方法和静态实例变量 for (EACH_HEADER) { //通过_getObjc2NonlazyClassList获取Mach-O的静态段__objc_nlclslist非懒加载类表 classref_t const *classlist = _getObjc2NonlazyClassList(hi, &count); for (i = 0; i < count; i++) { Class cls = remapClass(classlist[i]); const char *mangledName = cls->mangledName(); const char *LGPersonName = "LGPerson"; if (strcmp(mangledName, LGPersonName) == 0) { auto kc_ro = (const class_ro_t *)cls->data(); printf("_getObjc2NonlazyClassList: 这个是我要研究的 %s \n",LGPersonName); } if (!cls) continue; addClassTableEntry(cls);//插入表,但是前面已经插入过了,所以不会重新插入 if (cls->isSwiftStable()) { if (cls->swiftMetadataInitializer()) { _objc_fatal("Swift class %s with a metadata initializer " "is not allowed to be non-lazy", cls->nameForLogging()); } // fixme also disallow relocatable classes // We can't disallow all Swift classes because of // classes like Swift.__EmptyArrayStorage } //实现当前的类,因为前面readClass读取到内存的仅仅只有地址+名称,类的data数据并没有加载出来 //实现所有非懒加载的类(实例化类对象的一些信息,例如rw) realizeClassWithoutSwift(cls, nil); } } ts.log("IMAGE TIMES: realize non-lazy classes");

10、没有被处理的类,优化那些被侵犯的类

主要是实现没有被处理的类,优化被侵犯的类

// Realize newly-resolved future classes, in case CF manipulates them if (resolvedFutureClasses) { for (i = 0; i < resolvedFutureClassCount; i++) { Class cls = resolvedFutureClasses[i]; if (cls->isSwiftStable()) { _objc_fatal("Swift class is not allowed to be future"); } //实现类 realizeClassWithoutSwift(cls, nil); cls->setInstancesRequireRawIsaRecursively(false/*inherited*/); } free(resolvedFutureClasses); } ts.log("IMAGE TIMES: realize future classes"); if (DebugNonFragileIvars) { //实现所有类 realizeAllClasses(); }

我们需要重点关注的是3中的readClass以及9中realizeClassWithoutSwift两个方法

readClass:读取类

readClass主要是读取类,在未调用该方法前,cls只是一个地址,执行该方法后,cls是类的名称,其源码实现如下,关键代码是addNamedClass和addClassTableEntry,源码实现如下

/*********************************************************************** * readClass * Read a class and metaclass as written by a compiler. 读取编译器编写的类和元类 * Returns the new class pointer. This could be: 返回新的类指针,可能是: * - cls * - nil (cls has a missing weak-linked superclass) * - something else (space for this class was reserved by a future class) * * Note that all work performed by this function is preflighted by * mustReadClasses(). Do not change this function without updating that one. * * Locking: runtimeLock acquired by map_images or objc_readClassPair **********************************************************************/ Class readClass(Class cls, bool headerIsBundle, bool headerIsPreoptimized) { const char *mangledName = cls->mangledName();//名字 // **CJL写的** ----如果想进入自定义,自己加一个判断 const char *LGPersonName = "LGPerson"; if (strcmp(mangledName, LGPersonName) == 0) { auto kc_ro = (const class_ro_t *)cls->data(); printf("%s -- 研究重点--%s\n", __func__,mangledName); } //当前类的父类中若有丢失的weak-linked类,则返回nil if (missingWeakSuperclass(cls)) { // No superclass (probably weak-linked). // Disavow any knowledge of this subclass. if (PrintConnecting) { _objc_inform("CLASS: IGNORING class '%s' with " "missing weak-linked superclass", cls->nameForLogging()); } addRemappedClass(cls, nil); cls->superclass = nil; return nil; } cls->fixupBackwardDeployingStableSwift(); //判断是不是后期要处理的类 //正常情况下,不会走到popFutureNamedClass,因为这是专门针对未来待处理的类的操作 //通过断点调试,不会走到if流程里面,因此也不会对ro、rw进行操作 Class replacing = nil; if (Class newCls = popFutureNamedClass(mangledName)) { // This name was previously allocated as a future class. // Copy objc_class to future class's struct. // Preserve future's rw data block. if (newCls->isAnySwift()) { _objc_fatal("Can't complete future class request for '%s' " "because the real class is too big.", cls->nameForLogging()); } //读取class的data,设置ro、rw //经过调试,并不会走到这里 class_rw_t *rw = newCls->data(); const class_ro_t *old_ro = rw->ro(); memcpy(newCls, cls, sizeof(objc_class)); rw->set_ro((class_ro_t *)newCls->data()); newCls->setData(rw); freeIfMutable((char *)old_ro->name); free((void *)old_ro); addRemappedClass(cls, newCls); replacing = cls; cls = newCls; } //判断是否类是否已经加载到内存 if (headerIsPreoptimized && !replacing) { // class list built in shared cache // fixme strict assert doesn't work because of duplicates // ASSERT(cls == getClass(name)); ASSERT(getClassExceptSomeSwift(mangledName)); } else { addNamedClass(cls, mangledName, replacing);//加载共享缓存中的类 addClassTableEntry(cls);//插入表,即相当于从mach-O文件 读取到 内存 中 } // for future reference: shared cache never contains MH_BUNDLEs if (headerIsBundle) { cls->data()->flags |= RO_FROM_BUNDLE; cls->ISA()->data()->flags |= RO_FROM_BUNDLE; } return cls; }

通过源码实现,主要分为以下几步:

通过mangledName获取类的名字,其中mangledName方法的源码实现如下 const char *mangledName() { // fixme can't assert locks here ASSERT(this); if (isRealized() || isFuture()) { //这个初始化判断在lookupImp也有类似的 return data()->ro()->name;//如果已经实例化,则从ro中获取name } else { return ((const class_ro_t *)data())->name;//反之,从mach-O的数据data中获取name } }

当前类的父类中若有丢失的weak-linked类,则返回nil

判断是不是后期需要处理的类,在正常情况下,不会走到popFutureNamedClass,因为这是专门针对未来待处理的类的操作,也可以通过断点调试,可知不会走到if流程里面,因此也不会对ro、rw进行操作

data是mach-O的数据,并不在class的内存中

ro的赋值是从mach-O中的data强转赋值的

rw里的ro是从ro复制过去的

通过addNamedClass将当前类添加到已经创建好的gdb_objc_realized_classes哈希表,该表用于存放所有类

/*********************************************************************** * addNamedClass 加载共享缓存中的类 插入表 * Adds name => cls to the named non-meta class map. 将name=> cls添加到命名的非元类映射 * Warns about duplicate class names and keeps the old mapping. * Locking: runtimeLock must be held by the caller **********************************************************************/ static void addNamedClass(Class cls, const char *name, Class replacing = nil) { runtimeLock.assertLocked(); Class old; if ((old = getClassExceptSomeSwift(name)) && old != replacing) { inform_duplicate(name, old, cls); // getMaybeUnrealizedNonMetaClass uses name lookups. // Classes not found by name lookup must be in the // secondary meta->nonmeta table. addNonMetaClass(cls); } else { //添加到gdb_objc_realized_classes哈希表 NXMapInsert(gdb_objc_realized_classes, name, cls); } ASSERT(!(cls->data()->flags & RO_META)); // wrong: constructed classes are already realized when they get here // ASSERT(!cls->isRealized()); } 通过addClassTableEntry,将初始化的类添加到allocatedClasses表,这个表在iOS-底层原理 16:dyld与objc的关联文章中提及过,是在_objc_init中的runtime_init就创建了allocatedClasses表 /*********************************************************************** * addClassTableEntry 将一个类添加到所有类的表中 * Add a class to the table of all classes. If addMeta is true, * automatically adds the metaclass of the class as well. * Locking: runtimeLock must be held by the caller. **********************************************************************/ static void addClassTableEntry(Class cls, bool addMeta = true) { runtimeLock.assertLocked(); // This class is allowed to be a known class via the shared cache or via // data segments, but it is not allowed to be in the dynamic table already. auto &set = objc::allocatedClasses.get();//开辟的类的表,在objc_init中的runtime_init就创建了表 ASSERT(set.find(cls) == set.end()); if (!isKnownClass(cls)) set.insert(cls); if (addMeta) //添加到allocatedClasses哈希表 addClassTableEntry(cls->ISA(), false); }

如果我们想在readClass源码中想定位到自定义的类,可以自定义加if判断

总结

所以综上所述,readClass的主要作用就是将Mach-O中的类读取到内存,即插入表中,但是目前的类仅有两个信息:地址以及名称,而mach-O的其中的data数据还未读取出来

realizeClassWithoutSwift:实现类

realizeClassWithoutSwift方法中有ro、rw的相关操作,这个方法在消息流程的慢速查找中有所提及,方法路径为:慢速查找(lookUpImpOrForward) – realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked – realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock – realizeClassWithoutSwift(实现类)

realizeClassWithoutSwift方法主要作用是实现类,将类的data数据加载到内存中,主要有以下几部分操作:

【第一步】读取data数据,并设置ro、rw【第二步】递归调用realizeClassWithoutSwift完善继承链【第三步】通过methodizeClass方法化类

第一步:读取data数据

读取class的data数据,并将其强转为ro,以及rw初始化和ro拷贝一份到rw中的ro

ro 表示 readOnly,即只读,其在编译时就已经确定了内存,包含类名称、方法、协议和实例变量的信息,由于是只读的,所以属于Clean Memory,而Clean Memory是指加载后不会发生更改的内存

rw 表示 readWrite,即可读可写,由于其动态性,可能会往类中添加属性、方法、添加协议,在最新的2020的WWDC的对内存优化的说明Advancements in the Objective-C runtime - WWDC 2020 - Videos - Apple Developer中,提到rw,其实在rw中只有10%的类真正的更改了它们的方法,所以有了rwe,即类的额外信息。对于那些确实需要额外信息的类,可以分配rwe扩展记录中的一个,并将其滑入类中供其使用。其中rw就属于dirty memory,而 dirty memory是指在进程运行时会发生更改的内存,类结构一经使用就会变成 ditry memory,因为运行时会向它写入新数据,例如 创建一个新的方法缓存,并从类中指向它

// fixme verify class is not in an un-dlopened part of the shared cache? //读取class的data(),以及ro/rw创建 auto ro = (const class_ro_t *)cls->data(); //读取类结构的bits属性、//ro -- clean memory,在编译时就已经确定了内存 auto isMeta = ro->flags & RO_META; //判断元类 if (ro->flags & RO_FUTURE) { // This was a future class. rw data is already allocated. rw = cls->data(); //dirty memory 进行赋值 ro = cls->data()->ro(); ASSERT(!isMeta); cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE); } else { //此时将数据读取进来了,也赋值完毕了 // Normal class. Allocate writeable class data. rw = objc::zalloc<class_rw_t>(); //申请开辟zalloc -- rw rw->set_ro(ro);//rw中的ro设置为临时变量ro rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING|isMeta; cls->setData(rw);//将cls的data赋值为rw形式 }

【第二步】递归调用 realizeClassWithoutSwift 完善 继承链

递归调用realizeClassWithoutSwift完善继承链,并设置当前类、父类、元类的rw

递归调用 realizeClassWithoutSwift设置父类、元类

设置父类和元类的isa指向

通过addSubclass 和 addRootClass设置父子的双向链表指向关系,即父类中可以找到子类,子类中可以找到父类

// Realize superclass and metaclass, if they aren't already. // This needs to be done after RW_REALIZED is set above, for root classes. // This needs to be done after class index is chosen, for root metaclasses. // This assumes that none of those classes have Swift contents, // or that Swift's initializers have already been called. // fixme that assumption will be wrong if we add support // for ObjC subclasses of Swift classes. -- //递归调用realizeClassWithoutSwift完善继承链,并处理当前类的父类、元类 //递归实现 设置当前类、父类、元类的 rw,主要目的是确定继承链 (类继承链、元类继承链) //实现元类、父类 //当isa找到根元类之后,根元类的isa是指向自己的,不会返回nil从而导致死循环——remapClass中对类在表中进行查找的操作,如果表中已有该类,则返回一个空值;如果没有则返回当前类,这样保证了类只加载一次并结束递归 supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass), nil); metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()), nil); ... // Update superclass and metaclass in case of remapping -- class 是 双向链表结构 即父子关系都确认了 // 将父类和元类给我们的类 分别是isa和父类的对应值 cls->superclass = supercls; cls->initClassIsa(metacls); ... // Connect this class to its superclass's subclass lists //双向链表指向关系 父类中可以找到子类 子类中也可以找到父类 //通过addSubclass把当前类放到父类的子类列表中去 if (supercls) { addSubclass(supercls, cls); } else { addRootClass(cls); }

这里有一个问题,realizeClassWithoutSwift递归调用时,isa找到根元类之后,根元类的isa是指向自己,并不会返回nil,所以有以下递归终止条件,其目的是保证类只加载一次

在realizeClassWithoutSwift中

如果类不存在,则返回nil

如果类已经实现,则直接返回cls

static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls, Class previously) { runtimeLock.assertLocked(); //如果类不存在,则返回nil if (!cls) return nil; 如果类已经实现,则直接返回cls if (cls->isRealized()) return cls; ASSERT(cls == remapClass(cls)); ... } 在remapClass方法中,如果cls不存在,则直接返回nil /*********************************************************************** * remapClass * Returns the live class pointer for cls, which may be pointing to * a class struct that has been reallocated. * Returns nil if cls is ignored because of weak linking. * Locking: runtimeLock must be read- or write-locked by the caller **********************************************************************/ static Class remapClass(Class cls) { runtimeLock.assertLocked(); if (!cls) return nil;//如果cls不存在,则返回nil auto *map = remappedClasses(NO); if (!map) return cls; auto iterator = map->find(cls); if (iterator == map->end()) return cls; return std::get<1>(*iterator); }

【第三步】通过 methodizeClass 方法化类

通过methodizeClass方法,从ro中读取方法列表(包括分类中的方法)、属性列表、协议列表赋值给rw,并返回cls

// Attach categories 附加类别 -- 疑问:ro中也有方法列表 rw中也有方法列表,下面这个方法可以说明 //将ro数据写入到rw methodizeClass(cls, previously); return cls;

断点调试 realizeClassWithoutSwift

如果我们需要跟踪自定义类,同样需要_read_images方法中的第九步的realizeClassWithoutSwift调用前,以及realizeClassWithoutSwift方法中增加自定义逻辑,主要是为了方便调试自定义类

_read_images方法中的第九步的realizeClassWithoutSwift调用前增加自定义逻辑

realizeClassWithoutSwift方法中增加自定义逻辑

下面,开启我们的断点调试

在LGPerson中重写+load函数

重新运行程序,我们就走到了 _read_images的第九步中的自定义逻辑部分

在realizeClassWithoutSwift调用部分加断点,运行并断住

继续运行程序,断点来到realizeClassWithoutSwift方法自定义判断的代码中

继续在auto ro =加断点,继续运行,断住 – 这部分主要是读取data 查看ro,其中auto isMeta = ro->flags & RO_META; //判断元类

在else里面的rw->set_ro(ro);处加断点,断住,查看rw,此时的rw是0x0,查看rw,其中包括ro 和 rwe

x/4gx cls 其中红框部分为0

继续运行,然后查看x/4gx cls,此时还是为0x0 这里我们需要去查看set_ro的源码实现,其路径为:set_ro – set_ro_or_rwe(找到 get_ro_or_rwe,是通过ro_or_rw_ext_t类型从ro_or_rw_ext中获取) – ro_or_rw_ext_t中的ro 通过源码可知ro的获取主要分两种情况:有没有运行时,

如果有运行时,从rw中读取反之,如果没有运行时,从ro中读取

在if (supercls && !isMeta)处加断点,继续运行断住,此时断点的cls是地址,猜测cls可能是元类 下面来进行验证:通过cls的isa指针地址来验证,是同一个地址,这个是存在一个递归(在supercls = 、metacls =部分递归)

methodizeClass:方法化类

其中methodizeClass的源码实现如下,主要分为几部分:

将属性列表、方法列表、协议列表等贴到rwe中

附加分类中的方法(将在下一篇文章中进行解释说明)

static void methodizeClass(Class cls, Class previously) { runtimeLock.assertLocked(); bool isMeta = cls->isMetaClass(); auto rw = cls->data(); // 初始化一个rw auto ro = rw->ro(); auto rwe = rw->ext(); ... // Install methods and properties that the class implements itself. //将属性列表、方法列表、协议列表等贴到rw中 // 将ro中的方法列表加入到rw中 method_list_t *list = ro->baseMethods();//获取ro的baseMethods if (list) { prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));//methods进行排序 if (rwe) rwe->methods.attachLists(&list, 1);//对rwe进行处理 } // 加入属性 property_list_t *proplist = ro->baseProperties; if (rwe && proplist) { rwe->properties.attachLists(&proplist, 1); } // 加入协议 protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols; if (rwe && protolist) { rwe->protocols.attachLists(&protolist, 1); } // Root classes get bonus method implementations if they don't have // them already. These apply before category replacements. if (cls->isRootMetaclass()) { // root metaclass addMethod(cls, @selector(initialize), (IMP)&objc_noop_imp, "", NO); } // Attach categories. // 加入分类中的方法 if (previously) { if (isMeta) { objc::unattachedCategories.attachToClass(cls, previously, ATTACH_METACLASS); } else { // When a class relocates, categories with class methods // may be registered on the class itself rather than on // the metaclass. Tell attachToClass to look for those. objc::unattachedCategories.attachToClass(cls, previously, ATTACH_CLASS_AND_METACLASS); } } objc::unattachedCategories.attachToClass(cls, cls, isMeta ? ATTACH_METACLASS : ATTACH_CLASS); .... }

rwe的逻辑

方法列表加入rwe的逻辑如下:

获取ro的baseMethods

通过prepareMethodLists方法排序

对rwe进行处理即通过attachLists插入

方法如何排序

在消息流程的慢速查找流程iOS-底层原理 13:消息流程分析之慢速查找文章中,方法的查找算法是通过二分查找算法,说明sel-imp是有排序的,那么是如何排序的呢?

进入prepareMethodLists的源码实现,其内部是通过fixupMethodList方法排序 static void prepareMethodLists(Class cls, method_list_t **addedLists, int addedCount, bool baseMethods, bool methodsFromBundle) { ... // Add method lists to array. // Reallocate un-fixed method lists. // The new methods are PREPENDED to the method list array. for (int i = 0; i < addedCount; i++) { method_list_t *mlist = addedLists[i]; ASSERT(mlist); // Fixup selectors if necessary if (!mlist->isFixedUp()) { fixupMethodList(mlist, methodsFromBundle, true/*sort*/);//排序 } } ... } 进入fixupMethodList源码实现,是根据selector address排序 static void fixupMethodList(method_list_t *mlist, bool bundleCopy, bool sort) { runtimeLock.assertLocked(); ASSERT(!mlist->isFixedUp()); // fixme lock less in attachMethodLists ? // dyld3 may have already uniqued, but not sorted, the list if (!mlist->isUniqued()) { mutex_locker_t lock(selLock); // Unique selectors in list. for (auto& meth : *mlist) { const char *name = sel_cname(meth.name); meth.name = sel_registerNameNoLock(name, bundleCopy); } } // Sort by selector address.根据sel地址排序 if (sort) { method_t::SortBySELAddress sorter; std::stable_sort(mlist->begin(), mlist->end(), sorter); } // Mark method list as uniqued and sorted mlist->setFixedUp(); }

验证方法排序

下面我们可以通过调试来验证方法的排序

在methodizeClass方法中添加自定义逻辑,并断住

读取 ro中的 methodlist

p kc_rop $0->baseMethodList(通过 auto kc_ro = kc_rw->ro(); – ro() – class_ro_t类型查看属性)p *$1 p $2.get(0)p $2.get(1)p $2.get(2)p $2.get(3) …

进入prepareMethodLists方法,将ro中的baseMethods进行排序

进入prepareMethodLists 源码,加自定义断点(主要是为了针对性研究),执行断点,运行到自定义逻辑并断住(这里加 kc_isMeta,主要是用于过滤掉同名的元类中的methods)

一步步执行,来到fixupMethodList,即对sel 排序

进入fixupMethodList源码实现,(sel 根据selAdress 排序) ,再次断点,来到下图部分,即方法经过了一层排序

p mlistp *$7p $8.get(0)、p $8.get(1)、p $8.get(2)、p $8.get(3)

所以 排序前后的methodlist对比如下,所以总结如下:methodizeClass方法中实现类中方法(协议等)的序列化

attachToClass方法

在methodlist方法主要是将分类添加到主类中,其源码实现如下

void attachToClass(Class cls, Class previously, int flags) { runtimeLock.assertLocked(); ASSERT((flags & ATTACH_CLASS) || (flags & ATTACH_METACLASS) || (flags & ATTACH_CLASS_AND_METACLASS)); const char *mangledName = cls->mangledName(); const char *LGPersonName = "LGPerson"; if (strcmp(mangledName, LGPersonName) == 0) { bool kc_isMeta = cls->isMetaClass(); auto kc_rw = cls->data(); auto kc_ro = kc_rw->ro(); if (!kc_isMeta) { printf("%s: 这个是我要研究的 %s \n",__func__,LGPersonName); } } auto &map = get(); auto it = map.find(previously);//找到一个分类进来一次,即一个个加载分类,不要混乱 if (it != map.end()) {//这里会走进来:当主类没有实现load,分类开始加载,迫使主类加载,会走到if流程里面 category_list &list = it->second; if (flags & ATTACH_CLASS_AND_METACLASS) {//判断是否是元类 int otherFlags = flags & ~ATTACH_CLASS_AND_METACLASS; attachCategories(cls, list.array(), list.count(), otherFlags | ATTACH_CLASS);//实例方法 attachCategories(cls->ISA(), list.array(), list.count(), otherFlags | ATTACH_METACLASS);//类方法 } else { //如果不是元类,则只走一次 attachCategories attachCategories(cls, list.array(), list.count(), flags); } map.erase(it); } }

因为attachToClass中的外部循环是找到一个分类就会进到attachCategories一次,即找一个就循环一次

attachCategories方法

在attachCategories 方法中准备分类的数据,其源码实现如下

static void attachCategories(Class cls, const locstamped_category_t *cats_list, uint32_t cats_count, int flags) { if (slowpath(PrintReplacedMethods)) { printReplacements(cls, cats_list, cats_count); } if (slowpath(PrintConnecting)) { _objc_inform("CLASS: attaching %d categories to%s class '%s'%s", cats_count, (flags & ATTACH_EXISTING) ? " existing" : "", cls->nameForLogging(), (flags & ATTACH_METACLASS) ? " (meta)" : ""); } /* * Only a few classes have more than 64 categories during launch. * This uses a little stack, and avoids malloc. * * Categories must be added in the proper order, which is back * to front. To do that with the chunking, we iterate cats_list * from front to back, build up the local buffers backwards, * and call attachLists on the chunks. attachLists prepends the * lists, so the final result is in the expected order. */ constexpr uint32_t ATTACH_BUFSIZ = 64; method_list_t *mlists[ATTACH_BUFSIZ]; property_list_t *proplists[ATTACH_BUFSIZ]; protocol_list_t *protolists[ATTACH_BUFSIZ]; uint32_t mcount = 0; uint32_t propcount = 0; uint32_t protocount = 0; bool fromBundle = NO; bool isMeta = (flags & ATTACH_METACLASS); /* rwe的创建, 那么为什么要在这里进行`rwe的初始化`?因为我们现在要做一件事:往`本类`中`添加属性、方法、协议`等 */ auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded(); //mlists 是一个二维数组 for (uint32_t i = 0; i < cats_count; i++) { auto& entry = cats_list[i]; method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta); if (mlist) { if (mcount == ATTACH_BUFSIZ) {//mcount = 0,ATTACH_BUFSIZ= 64,不会走到if里面的流程 prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);//准备排序 rwe->methods.attachLists(mlists, mcount); mcount = 0; } mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist; fromBundle |= entry.hi->isBundle(); } property_list_t *proplist = entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi); if (proplist) { if (propcount == ATTACH_BUFSIZ) { rwe->properties.attachLists(proplists, propcount); propcount = 0; } proplists[ATTACH_BUFSIZ - ++propcount] = proplist; } protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocolsForMeta(isMeta); if (protolist) { if (protocount == ATTACH_BUFSIZ) { rwe->protocols.attachLists(protolists, protocount); protocount = 0; } protolists[ATTACH_BUFSIZ - ++protocount] = protolist; } } if (mcount > 0) { prepareMethodLists(cls, mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount, NO, fromBundle);//排序 rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);//mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount 为内存平移 if (flags & ATTACH_EXISTING) flushCaches(cls); } rwe->properties.attachLists(proplists + ATTACH_BUFSIZ - propcount, propcount); rwe->protocols.attachLists(protolists + ATTACH_BUFSIZ - protocount, protocount); } 在auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded();是进行rwe的创建,那么为什么要在这里进行rwe的初始化??因为我们现在要做一件事:往本类中添加属性、方法、协议等,即对原来的 clean memory要进行处理了

进入extAllocIfNeeded方法的源码实现,判断rwe是否存在,如果存在则直接获取,如果不存在则开辟

进入extAlloc源码实现,即对rwe 0-1的过程,在此过程中,就将本类的data数据加载进去了

class_rw_ext_t *extAllocIfNeeded() { auto v = get_ro_or_rwe(); if (fastpath(v.is<class_rw_ext_t *>())) { //判断rwe是否存在 return v.get<class_rw_ext_t *>();//如果存在,则直接获取 } else { return extAlloc(v.get<const class_ro_t *>());//如果不存在则进行开辟 } } 👇//extAlloc源码实现 class_rw_ext_t * class_rw_t::extAlloc(const class_ro_t *ro, bool deepCopy) { runtimeLock.assertLocked(); //此时只有rw,需要对rwe进行数据添加,即0-1的过程 auto rwe = objc::zalloc<class_rw_ext_t>();//创建 rwe->version = (ro->flags & RO_META) ? 7 : 0; method_list_t *list = ro->baseMethods(); if (list) { if (deepCopy) list = list->duplicate(); rwe->methods.attachLists(&list, 1); } // See comments in objc_duplicateClass // property lists and protocol lists historically // have not been deep-copied // // This is probably wrong and ought to be fixed some day property_list_t *proplist = ro->baseProperties; if (proplist) { rwe->properties.attachLists(&proplist, 1); } protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols; if (protolist) { rwe->protocols.attachLists(&protolist, 1); } set_ro_or_rwe(rwe, ro); return rwe; }

其中关键代码是rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);即存入mlists的末尾,mlists的数据来源前面的for循环

在调试运行时,发现category_t中的name编译时是LGPerson(参考clang编译时的那么),运行时是LGA即分类的名字

代码mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist;,经过调试发现此时的mcount等于1,即可以理解为 倒序插入,64的原因是允许容纳64个(最多64个分类)

总结:本类 中 需要添加属性、方法等,所以需要初始化rwe,rwe的初始化主要涉及:分类、addMethod、addProperty、addprotocol , 即对原始类进行修改或者处理时,才会进行rwe的初始化

attachLists方法:插入

其中方法、属性继承于entsize_list_tt,协议则是类似entsize_list_tt实现,都是二维数组 struct method_list_t : entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 0x3> struct property_list_t : entsize_list_tt<property_t, property_list_t, 0> struct protocol_list_t { // count is pointer-sized by accident. uintptr_t count; protocol_ref_t list[0]; // variable-size size_t byteSize() const { return sizeof(*this) + count*sizeof(list[0]); } protocol_list_t *duplicate() const { return (protocol_list_t *)memdup(this, this->byteSize()); } ... } 进入attachLists方法的源码实现 void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) { if (addedCount == 0) return; if (hasArray()) { // many lists -> many lists //计算数组中旧lists的大小 uint32_t oldCount = array()->count; //计算新的容量大小 = 旧数据大小+新数据大小 uint32_t newCount = oldCount + addedCount; //根据新的容量大小,开辟一个数组,类型是 array_t,通过array()获取 setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount))); //设置数组大小 array()->count = newCount; //旧的数据从 addedCount 数组下标开始 存放旧的lists,大小为 旧数据大小 * 单个旧list大小 memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, oldCount * sizeof(array()->lists[0])); //新数据从数组 首位置开始存储,存放新的lists,大小为 新数据大小 * 单个list大小 memcpy( array()->lists, addedLists, addedCount * sizeof(array()->lists[0])); } else if (!list && addedCount == 1) { // 0 lists -> 1 list list = addedLists[0];//将list加入mlists的第一个元素,此时的list是一个一维数组 } else { // 1 list -> many lists 有了一个list,有往里加很多list //新的list就是分类,来自LRU的算法思维,即最近最少使用 //获取旧的list List* oldList = list; uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0; //计算容量和 = 旧list个数+新lists的个数 uint32_t newCount = oldCount + addedCount; //开辟一个容量和大小的集合,类型是 array_t,即创建一个数组,放到array中,通过array()获取 setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount))); //设置数组的大小 array()->count = newCount; //判断old是否存在,old肯定是存在的,将旧的list放入到数组的末尾 if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList; // memcpy(开始位置,放什么,放多大) 是内存平移,从数组起始位置存入新的list //其中array()->lists 表示首位元素位置 memcpy(array()->lists, addedLists, addedCount * sizeof(array()->lists[0])); } }

从源码可以得知,插入表主要分为三种情况:

【情况1:多对多】如果当前调用attachLists的list_array_tt二维数组中有多个一维数组

计算数组中旧lists的大小

计算新的容量大小 = 旧数据大小+新数据大小

根据新的容量大小,开辟一个数组,类型是 array_t,通过array()获取

设置数组大小

旧的数据从 addedCount 数组下标开始 存放旧的lists,大小为 旧数据大小 * 单个旧list大小,即整段平移,可以简单理解为原来的数据移动到后面,即指针偏移

新数据从数组 首位置开始存储,存放新的lists,大小为 新数据大小 * 单个list大小,可以简单理解为越晚加进来,越在前面,越在前面,调用时则优先调用

【情况2:0对一】如果调用attachLists的list_array_tt二维数组为空且新增大小数目为 1

直接赋值addedList的第一个list

【情况3:一对多】如果当前调用attachLists的list_array_tt二维数组只有一个一维数组

获取旧的list

计算容量和 = 旧list个数+新lists的个数

开辟一个容量和大小的集合,类型是 array_t,即创建一个数组,放到array中,通过array()获取

设置数组的大小

判断old是否存在,old肯定是存在的,将旧的list放入到数组的末尾

memcpy(开始位置,放什么,放多大) 是内存平移,从数组起始位置开始存入新的list,其中array()->lists 表示首位元素位置

针对情况3,这里的lists是指分类

这是日常开发中,为什么子类实现父类方法会把父类方法覆盖的原因

同理,对于同名方法,分类方法覆盖类方法的原因

这个操作来自一个算法思维 LRU即最近最少使用,加这个newlist的目的是由于要使用这个newlist中的方法,这个newlist对于用户的价值要高,即优先调用

会来到1对多的原因 ,主要是有分类的添加,即旧的元素在后面,新的元素在前面 ,究其根本原因主要是优先调用category,这也是分类的意义所在

memmove和memcpy的区别

在不知道需要平移的内存大小时,需要memmove进行内存平移,保证安全

memcpy从原内存地址的起始位置开始拷贝若干个字节到目标内存地址中,速度快

rwe 数据加载

rwe – 本类的数据加载【重点!!!】

下面通过调试来验证rwe数据0-1的过程,即添加类的方法列表

在attachCategories -> extAllocIfNeeded -> extAlloc增加自定义逻辑,运行,并断住,从堆栈信息可以看出是从attachCategories方法中auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded();过来的,这里的作用是 开辟rwe,

那么为什么要在这里进行rwe的初始化?因为我们现在要做一件事:往本类中添加属性、方法、协议等,即对原来的 clean memory要进行处理了rwe是在分类处理时才会进行处理,即rwe初始化,且有以下几个方法会涉及rwe的初始化 ,分别是:分类 + addMethod + addPro + addProtocol p rwep *$0 , 此时的rwe中的list_array_tt是空的

继续往下执行到if (list) {断住

p listp *$2 ,此时的list是LGPerson本类的方法列表

在attachLists方法中的if (hasArray()) {处设置断点,并运行断住,继续往下执行,会走到 else-if流程,即0对1 – LGPerson本类的方法列表的添加 会走 0对1流程

p addedLists ,此时是一个list指针的地址,给了mlists的第一个元素, 类型是method_list_t *const * p addedLists[0]p *$5 p addedLists[1]p *$7 ,也会有值,主要是因为内存是连续的,访问的是别人的

总结 :所以 0对1是一种一维赋值,函数路径为:map_images -> _read_images -> readClass -> realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> prepareMethodLists -> fixupMethodList -> attachToClass -> load_categories_nolock -> attachCategories -> extAllocIfNeeded -> extAlloc -> attachLists

rwe – LGA分类数据加载【重点!!!】

继续执行一步,打印list

p list ,此时的list是method_list_t结构

接上面,继续往下执行,走到method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);,

p mlistp *$10 ,此时的mlist是 分类LGA 的

在if (mcount > 0) {部分加断点,继续往下执行,并断住

往下执行一步,此时的mlists 为集合的集合

其中mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount为内存平移

p mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount , 因为mcount = 1, ATTACH_BUFSIZ = 64,从首位平移到63位,即最后一个元素p *$14 p *$15 ,mlists最后一个元素的类容为 本类的方法列表

进入attachLists方法, 在if (hasArray()) {处加断点,继续执行,由于已经有了一个list,所以 会走到 1对多的流程

执行到最后,输出当前的array 即 p array() 这个list_array_tt<method_t, method_list_t>表示 array中会放很多的 method_list_t,method_list_t中会放很多method_t

总结:如果本类只有一个分类,则会走到情况3,即1对多的情况

rwe – LGB分类数据加载【重点!!!】

如果再加一个分类LGB,走到第三种情况,即多对多

再次走到attachCategories -- if (mcount > 0) {,进入attachLists,走到 多对多的情况 查看当前 array 的形式 即 p array() p $25[0]p $25[1]p $25[2]p $26.lists[0]p *$29 ,第一个里面存储的LGB的方法列表

其输出的顺序是

总结

综上所述,attachLists方法主要是将类 和 分类 的数据加载到rwe中

首先加载本类的data数据,此时的rwe没有数据为空,走0对1流程

当加入一个分类时,此时的rwe仅有一个list,即本类的list,走1对多流程

再加入一个分类时,此时的rwe中有两个list,即本类+分类的list,走多对多流程

如下图所示

懒加载类 和 非懒加载类

在验证方法排序的基础上,继续在rwe加断点,此时为NULL

继续往下一步步执行,rwe仍为NULL,不会走if里面的流程

在这里,尽管方法处理完毕,但是并没有从rw中存储到rwe中,那么问题来了,到目前为止,从data -> ro -> rw -> 看到了rwe,即realizeClassWithoutSwift(ro、rw操作)-> methodizeClass,但是并没有走if里面的流程,为什么?

究其根本原因是_read_images方法中的第九步 实现非懒加载类,那么我们是如何将 懒加载类 变成 非懒加载类的呢?

主要是在运行objc源码前,我们在LGPerson中实现了一个+load方法,反之,如果去掉+load方法,是懒加载类,不会走到第九步的for循环中

所以,综上所述,懒加载类和 非懒加载类的区别 就是 是否实现了+load方法

实现+load,则是非懒加载类,反之,是懒加载类

为什么实现load方法就会变成非懒加载类?

主要是因为load会提前加载(load方法会在load_images 调用,前提是类存在)

懒加载类在什么时候加载?

在调用方法的时候加载

调试验证 懒加载类加载的时机

下面通过代码调试来验证

注释掉LGPerson中的+load方法,并在main中实例化person处加一个断点

在_read_images的第九步 for循环加一个断点 – readClass -- main的断点处

继续往下执行,走到 realizeClassWithoutSwift -- methodizeClass -- prepareMethodLists -- [person kc_instanceMethod1];

堆栈信息验证

也可以通过bt 堆栈信息查看,方法为什么能来?其本质是因为 走到realizeClassWithoutSwift,其本质是调用alloc,即消息的发送

所以懒加载类和非懒加载类的数据加载时机如下图所示

总结

readClass主要是读取类,即此时的类仅有地址+名称,还没有data数据realizeClassWithoutSwift主要是实现类,即将类的data数据读取到内存中

methodizeClass方法中实现类中方法(协议等)的`序列化

attachCategories方法中实现类以及分类的数据加载

综上所述,类从Mach-O加载到内存的流程图如下所示

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