iOS底层原理 08 : cache_t的分析

（一）cache_t的结构分析

我们首先来看cache_t的定义:

struct cache_t {
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets;
    explicit_atomic<mask_t> _mask;
    uint16_t _flags;
    uint16_t _occupied;
public: //对外公开可以调用的方法
    static bucket_t *emptyBuckets();
    struct bucket_t *buckets();
    mask_t mask();
    mask_t occupied();
    ....
}

// 在手机真机环境下
struct cache_t {
    struct bucket_t * _maskAndBuckets;
    uint16_t _flags;
    uint16_t _occupied;
public: //对外公开可以调用的方法
    static bucket_t *emptyBuckets();
    struct bucket_t *buckets();
    mask_t mask();
    mask_t occupied();
    ....
}

bucket_t的结构

struct bucket_t {
private:
    explicit_atomic<uintptr_t> _imp;
    explicit_atomic<SEL> _sel;
public:
   inline SEL sel() const { return _sel.load(memory_order::memory_order_relaxed); }

    inline IMP imp(Class cls) const {
        uintptr_t imp = _imp.load(memory_order::memory_order_relaxed);
        if (!imp) return nil;
    }
};

cache_t内部结构图.png

在结构体cache_t中

• _buckets：数组，是bucket_t结构体的数组，bucket_t是用来存放方法的SEL内存地址和IMP的;
• _mask的大小是数组大小 - 1，用作掩码。（因为这里维护的数组大小都是2的整数次幂，所以_mask的二进制位000011, 000111, 001111）刚好可以用作hash取余数的掩码。刚好保证相与后不超过缓存大小。
• _occupied是当前已缓存的方法数。即数组中已使用了多少位置。
• _maskAndBucket是mask和bucket的结合体，提升了性能和效率；

注意点：
在模拟器和macOS环境下，mache_t的结构：

mache_t.png
在手机真机环境下，mache_t的结构：
mache_t.png

二、通过LLDB来探索cache_t

在模拟器环境下:

• 通过p/x pClass ,来得到LGPerson类对象的首地址为0x0000000100002298

(lldb) p/x pClass
(Class) $0 = 0x0000000100002298 LGPerson

• 我们通过地址平移16字节，0x0000000100002298->0x00000001000022a8的到cache_t的首地址，因为类里面先存isa(8字节),superclass(8字节) ,然后才是cache_t

(lldb) p (cache_t*) 0x00000001000022a8
(cache_t *) $1 = 0x00000001000022a8

• 得到cache_t之后，p *($1)来打印一下cache_t

(lldb) p *($1)
(cache_t) $2 = {
  _buckets = {
    std::__1::atomic<bucket_t *> = 0x00000001007604d0 {
      _sel = {
        std::__1::atomic<objc_selector *> = 0x0000000000000000
      }
      _imp = {
        std::__1::atomic<unsigned long> = 0
      }
    }
  }
  _mask = {
    std::__1::atomic<unsigned int> = 7
  }
  _flags = 32804
  _occupied = 1
}

• 通过函数buckets()来获取_buckets哈希表

(lldb) p $1->buckets()
(bucket_t *) $4 = 0x00000001007604d0

• 通过p $4[0]，打印_buckets的第一个元素，通过下标获取其他位置上的元素$4[1],$4[2],$4[3]...

(lldb) p $4[0]
(bucket_t) $5 = {
  _sel = {
    std::__1::atomic<objc_selector *> = 0x0000000100000e3c
  }
  _imp = {
    std::__1::atomic<unsigned long> = 11928
  }
}

• 通过p $5.sel(),p $5.imp(pClass)获取sel，imp

(lldb) p $5.sel()
(SEL) $6 = "sayHello"
(lldb) p $5.imp(pClass)
(IMP) $7 = 0x0000000100000c00 (KCObjc`-[LGPerson sayHello])

至此我们获取到了我们想要的(sel,imp).

思考： 为什么我们有时候p $4[0]去获取的时候，获取到的是空?

原因: _buckets是一张哈希表不是数组，当添加一个(sel,imp)到哈希表中，index是通过一定的算法算出来的，当index=0位置还没bucket存放的时候，就会为空。