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iOS 类的加载(下)

iOS 类的加载(下)

作者: 木扬音 | 来源:发表于2021-04-22 23:38 被阅读0次

    在上一篇文章iOS类的加载(上)中,我们知道了类是如何从Mach-O中加载到内存,这篇文章我们来分析分类是如何加载到里面的,以及分类和类的搭配使用情况

    前提

    main函数中定义LGPerson的分类LG

    #pragma mark -- LGPerson的分类
    @interface LGPerson (LG)
    
    @property (nonatomic, copy) NSString *cate_name;
    @property (nonatomic, assign) int cat_age;
    
    - (void)cate_instanceMethod1;
    - (void)cate_instanceMethod2;
    - (void)cate_instanceMethod3;
    - (void)cate_instanceMethod;
    
    @end
    
    @implementation LGPerson (LG)
    
    - (void)cate_instanceMethod1{
        NSLog(@"%s",__func__);
    }
    
    - (void)cate_instanceMethod2{
        NSLog(@"%s",__func__);
    }
    
    - (void)cate_instanceMethod3{
        NSLog(@"%s",__func__);
    }
    
    - (void)cate_instanceMethod{
        NSLog(@"%s",__func__);
    }
    
    @end
    

    下面我们将通过三种方式来探索分类的本质

    • 【方式一】clang
    • 【方式二】Xcode文档搜索Category
    • 【方式三】objc源码搜索category_t

    【方式一】clang

    clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp命令查看底层编译

    • 分类的类型是_category_t

    • 分类的倒数第二个0,表示的是没有协议,所以赋值为0

      image.png
    • 搜索struct _category_t,如下所示

      • 其中有两个method_list_t,代表实例方法类方法
        方法列表
    • 搜索_CATEGORY_INSTANCE_METHODS_LGPerson_

      image.png
      其中有3个方法,格式为:sel+签名+地址,是method_t结构体的属性即key
      image.png
    • 搜索method_t,其中对应关系如下

      • name == sel
      • type == 方法签名
      • imp == 函数地址


        image.png
    • 查看_prop_list_t,我们发现在分类中定义了的属性,但是在底层编译中并没有看到属性,如下图所示,这是因为分类中定义的属性没有对应的set、get方法,但是我们可以通过关联对象来进行设置

      image.png

    【方式二】Xcode文档搜索Category

    command + shift + O打开Xcode文档搜索Category

    Xcode文档搜索

    【方式三】通过objc源码搜索category_t

    category_t

    分类的加载

    前提

    创建两个分类LGA、LGB


    image.png

    上一篇文章iOS类的加载(上)中提到了分类的加载顺序是越晚加进来,越在前面
    查看methodizeClass的源码实现,可以发现类的数据分类的数据是分开处理的,是因为在编译阶段就已经确定好了方法的归属位置(实例方法在类中,类方法在元类中),而分类是后面才加进来的

    methodizeClass

    其中分类是需要通过attatchToClass方法添加到类里面,分为下面三步

    • 分类数据加载时机:根据类和分类是否实现load方法来区分
    • attachCategories准备分类数据
    • attachLists将分类数据添加到主类中

    load_images

    load_images方法的主要作用是加载镜像文件,其中最重要的有两个方法:prepare_load_methods(加载)call_load_methods(调用)

    load_images原理图
    • 从所有的非懒加载类和分类中的+load分别添加到表
    • 调用类和分类的+load方法
      load_images原理图
    load_images调用过程
    调用过程

    分类的加载时机

    我们在LGPerson和LGA、LGB中均实现+load方法
    我们通过第二步数据反推第一步加载时机

    在上一篇文章中我们知道,在attachCategories方法时,必然有分类数据的加载,因此我们可以反过来查看什么时候调用了attachCategories,全局搜索发现有两个方法调用

    • load_categories_nolock方法

      load_categories_nolock
    • addToClass方法中,这里经过调试发现,从来不会进到if流程中,除非加载两次,一般的类一般只会加载一次

      addToClass
    • 运行objc代码,打印日志,通过日志可以发现addToClass方法的下一步就是load_categories_nolock方法就是加载分类数据

      image.png
    • 全局搜索load_categories_nolock的调用,有两次调用

      • 一次在loadAllCategories方法中
        image.png
    • 一次在_read_images方法中

      image.png
    • 但是经过调试发现,是不会走_read_images方法中的if流程的,而是走的loadAllCategories方法中的

      image.png
    • 全局搜索查看loadAllCategories的调用,发现是在load_images时调用的

      image.png
    通过堆栈信息分析
    • attachCategories中加自定义逻辑的断点,bt查看堆栈信息
      image.png

    所以综上所述,该情况下的分类的数据加载时机的反推路径为:attachCategories -> load_categories_nolock -> loadAllCategories -> load_images

    而我们的分类加载正常的流程的路径为:realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass ->attachCategories

    分类加载时机
    LGPerson+分类LGA实现+load,分类LGB不实现+load方法
    • 断点定在attachCategories中加自定义逻辑部分,一步步往下执行

      image.png
    • 继续往下执行,会再次来到 attachCategories方法中断住

      image.png

    总结:只要有一个分类是非懒加载分类,那么所有的分类都会被标记位非懒加载分类,意思就是加载一次 已经开辟了rwe,就不会再次懒加载,重新去处理 主类

    分类和类的搭配使用

    通过上面的两个例子,我们可以大致将类 和 分类 是否实现+load的情况分为4种

    • 【情况1】非懒加载类 + 非懒加载分类

    • 【情况2】非懒加载类 + 懒加载分类

    • 【情况3】懒加载类 + 懒加载分类

    • 【情况4】懒加载类 + 非懒加载分类

    非懒加载类 与 非懒加载分类

    主类和分类都实现了+load方法,综合前面的分析可以得出下面结论

    • 类是通过_getObjc2NonlazyClassList加载数据的,即ro、rw的操作,对rwe初始化赋值是在extAlloc方法中

      • 调用路径为:map_images -> map_images_nolock -> _read_images -> readClass -> _getObjc2NonlazyClassList -> realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass,此时的mlists是一维数组,然后走到load_images部分
    • 分类的数据加载是通过load_images加载到类中的

      • load_images --> loadAllCategories -> load_categories_nolock -> load_categories_nolock -> attachCategories -> attachLists,此时的mlists是二维数组

    下面为源码中调试的打印日志


    image.png

    非懒加载类 与 懒加载分类

    主类实现了+load方法,分类未实现+load方法

    • 打开realizeClassWithoutSwift中的自定义断点,看一下ro

      • 查看kc_ro


        image.png
      • p kc_ro->baseMethodList

        image.png
      • p $1.get(0) 、$1.get(1) 、$1.get(2) 、$1.get(3) 、$1.get(4)

        image.png
      • p $1.get(5)、$1.get(10)

        image.png
    • 来到prepareMethodLists的for循环部分

      image.png
    • 来到fixupMethodList方法中的if (sort) {部分

      • 其中SortBySELAddress的源码实现如下:根据名字的地址进行排序
        image.png
    • 走到mlist->setFixedUp();,在读取list

      image.png
      image.png

    通过打印发现,仅对同名方法进行了排序,而分类中的其他方法是不需要排序的,其中imp地址是有序的(从小到大) -- fixupMethodList中的排序只针对 name 地址进行排序

    • 不加任何断点,运行程序,获取打印日志


      image.png

    非懒加载类懒加载分类的数据加载 总结:

    • 类 和 分类的加载是在read_images就加载数据了
    • 其中data数据在编译时期就已经完成了

    懒加载类 与 懒加载分类

    主类和分类均未实现+load方法

    • 不加任何断点,运行程序,获取打印日志


      image.png

    其中realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock是消息流程中慢速查找中有的函数,即在第一次调用消息时才有的函数

    • readClass断住,然后读取kc_ro,即读取整个data
      image.png

    此时的baseMethodList的count还是16,说明也是从data中读取出来的,所以不需要经过一层缓慢的load_images加载进来

    总结:懒加载类懒加载分类的数据加载是在消息第一次调用时加载

    懒加载类 与 非懒加载分类

    主类未实现+load方法, 分类实现了+load方法

    • 不加任何断点,运行程序,获取打印日志


      image.png
    • 在打印的日志中没有看到load_categories_nolock方法,查看attachCategories -- extAlloc -- attachToClass -- attachCategories,在attachToClass中加断点

      image.png
    • readClass方法中断住,查看kc_ro

      image.png

    其中baseMethodList的count是8个,打印看看:对象方法3个+属性的setget方法共4个+1个cxx方法 ,即 现在只有主类的数据

    image.png
    • 查看kc_ro结构


      image.png
    • 打印日志


      image.png
    • 为了调试分类的数据加载, 继续往下执行,bt查看堆栈:load_images -> loadAllCategories -> load_categories_nolock

      image.png

    总结: 懒加载类 + 非懒加载分类的数据加载,只要分类实现了load,会迫使主类提前加载,即 主类 强行转换为 非懒加载类

    总结

    通过上面的分析可知:分类的本质是_category_t

    • 有两个属性:name(类名)cls(类对象)
    • 有两个method_list_t方法列表:分类中实现的类方法实例方法
    • 一个protocol_list_t协议列表:分类中实现的协议
    • 一个prop_list_t属性列表:分类中定义的属性,一般通过关联对象实现
    • 分类中的属性是没有set、get方法

    类和分类搭配使用,其数据的加载时机总结如下:

    • 【情况1】非懒加载类 + 非懒加载分类,其数据的加载在load_images方法中,首先对类进行加载,然后把分类的信息贴到类中

    -【情况2】非懒加载类 + 懒加载分类,其数据加载在read_image就加载数据,数据来自data,data在编译时期就已经完成,即data中除了类的数据,还有分类的数据,与类绑定在一起

    -【情况3】懒加载类 + 懒加载分类 ,其数据加载推迟到 第一次消息时,数据同样来自data,data在编译时期就已经完成

    -【情况4】懒加载类 + 非懒加载分类 ,只要分类实现了load,会迫使主类提前加载,即在_read_images中不会对类做实现操作,需要在load_images方法中触发类的数据加载,即rwe初始化,同时加载分类数据

    image.png

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