对象的本质

前面我们分析了对象的创建过程，那么对象的本质是什么呢？我们知道，OC 是通过 LLVM 编译的，而 clang 是 LLVM 的编译前端，我们可以通过 clang 来一探究竟。

clang 编译源文件

我们从简单的 mian.m 文件开始：

@interface SMBook : NSObject {
    NSString *_author;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@end

@implementation SMBook

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        SMBook *book = [SMBook alloc];
        book.name = @"程序员的自我修养";
    }
    return 0;
}

然后用 clang 命令：

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

得到 main.cpp 文件。文件很长，因为包括编译链接的文件等。

编译后文件解析

我们打开 main.cpp 文件，直接滑到最底端，能看到我们的 SMBook：

....
#pragma section(".objc_inithooks$B", long, read, write)
__declspec(allocate(".objc_inithooks$B")) static void *OBJC_CLASS_SETUP[] = {
	(void *)&OBJC_CLASS_SETUP_$_SMBook,
};
static struct _class_t *L_OBJC_LABEL_CLASS_$ [1] __attribute__((used, section ("__DATA, __objc_classlist,regular,no_dead_strip")))= {
	&OBJC_CLASS_$_SMBook,
};
static struct IMAGE_INFO { unsigned version; unsigned flag; } _OBJC_IMAGE_INFO = { 0, 2 };

对象构造函数

老套路，我们通过搜索查找我们的 OBJC_CLASS_SETUP_$_SMBook：

static void OBJC_CLASS_SETUP_$_SMBook(void ) {
	OBJC_METACLASS_$_SMBook.isa = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
	OBJC_METACLASS_$_SMBook.superclass = &OBJC_METACLASS_$_NSObject;
	OBJC_METACLASS_$_SMBook.cache = &_objc_empty_cache;
	OBJC_CLASS_$_SMBook.isa = &OBJC_METACLASS_$_SMBook;
	OBJC_CLASS_$_SMBook.superclass = &OBJC_CLASS_$_NSObject;
	OBJC_CLASS_$_SMBook.cache = &_objc_empty_cache;
}

这是一个构造函数：

• 元类相关的 isa、superclass、cache
• 类相关的 isa、superclass、cache

类的 isa 指向 OBJC_METACLASS_$_SMBook：

extern "C" __declspec(dllexport) struct _class_t OBJC_METACLASS_$_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_data"))) = {
	0, // &OBJC_METACLASS_$_NSObject,
	0, // &OBJC_METACLASS_$_NSObject,
	0, // (void *)&_objc_empty_cache,
	0, // unused, was (void *)&_objc_empty_vtable,
	&_OBJC_METACLASS_RO_$_SMBook,
};

注意这里的类型 _class_t：

struct _class_t {
	struct _class_t *isa;
	struct _class_t *superclass;
	void *cache;
	void *vtable;
	struct _class_ro_t *ro;
};

这就是后面我们要继续探索的类的结构了。

其实还有别的如：_category_t、_protocol_t 等。

回到我们今天的正题：对象的结构。

对象结构体

我们继续搜索 SMBook：

#ifndef _REWRITER_typedef_SMBook
#define _REWRITER_typedef_SMBook
typedef struct objc_object SMBook;
typedef struct {} _objc_exc_SMBook;
#endif

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_SMBook$_name;
struct SMBook_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
	NSString *_author;
	NSString *_name;
};

• NSObject_IVARS 继承自 NSObject 的属性：

  #ifndef _REWRITER_typedef_NSObject
  #define _REWRITER_typedef_NSObject
  typedef struct objc_object NSObject;
  typedef struct {} _objc_exc_NSObject;
  #endif
  
  struct NSObject_IMPL {
  	Class isa;
  };

• 对象自己的属性：

  • 属性的 getter 方法：

    static NSString * _I_SMBook_name(SMBook * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_SMBook$_name)); }

  • 属性的 setter 方法:

    static void _I_SMBook_setName_(SMBook * self, SEL _cmd, NSString *name) { objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct SMBook, _name), (id)name, 0, 1); }

  从上面两个方法中观察到两个参数：

  • self
  • _cmd

• 实例方法：

  static void _I_SMBook_sayHello(SMBook * self, SEL _cmd) {
  	NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yb_37j_8lyx0g1_dtywfftgmc880000gn_T_main_7812b7_mi_0);
  }

• 类方法:

  static void _C_SMBook_sell(Class self, SEL _cmd) {
  	NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yb_37j_8lyx0g1_dtywfftgmc880000gn_T_main_7812b7_mi_1);
  }

这就是我们在开发过程中两个隐藏参数，在方法调用的过程中个，这两个参数不需要用户传递。

对象实现

我们继续往下看：

• 变量列表

  static struct /*_ivar_list_t*/ {
  	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _prop_t)
  	unsigned int count;
  	struct _ivar_t ivar_list[2];
  } _OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
  	sizeof(_ivar_t),
  	2,
  	{{(unsigned long int *)&OBJC_IVAR_$_SMBook$_author, "_author", "@\"NSString\"", 3, 8},
  	 {(unsigned long int *)&OBJC_IVAR_$_SMBook$_name, "_name", "@\"NSString\"", 3, 8}}
  };

  这里有两个变量：

  • _author
  • _name

• 实例方法列表：

  static struct /*_method_list_t*/ {
  	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
  	unsigned int method_count;
  	struct _objc_method method_list[3];
  } _OBJC_$_INSTANCE_METHODS_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
  		sizeof(_objc_method),
  		3,
  		{{(struct objc_selector *)"sayHello", "v16@0:8", (void *)_I_SMBook_sayHello},
  		{(struct objc_selector *)"name", "@16@0:8", (void *)_I_SMBook_name},
  		{(struct objc_selector *)"setName:", "v24@0:8@16", (void *)_I_SMBook_setName_}}
  };

  三个实例方法：

  • - sayHello
  • 属性方法：
    • name
    • setName

• 类方法列表：

  static struct /*_method_list_t*/ {
  	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _objc_method)
  	unsigned int method_count;
  	struct _objc_method method_list[1];
  } _OBJC_$_CLASS_METHODS_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
  		sizeof(_objc_method),
  		1,
  		{{(struct objc_selector *)"sell", "v16@0:8", (void *)_C_SMBook_sell}}
  };

  类方法：sell

• 属性列表：

  static struct /*_prop_list_t*/ {
  	unsigned int entsize;  // sizeof(struct _prop_t)
  	unsigned int count_of_properties;
  	struct _prop_t prop_list[1];
  } _OBJC_$_PROP_LIST_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
  	sizeof(_prop_t),
  	1,
  	{{"name","T@\"NSString\",C,N,V_name"}}
  };

  属性：+ name

• 元类的 ro

  static struct _class_ro_t _OBJC_METACLASS_RO_$_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
  	1, sizeof(struct _class_t), sizeof(struct _class_t), 
  	(unsigned int)0, 
  	0, 
  	"SMBook",
  	(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_CLASS_METHODS_SMBook,
  	0, 
  	0, 
  	0, 
  	0, 
  };

• 类的 ro

  static struct _class_ro_t _OBJC_CLASS_RO_$_SMBook __attribute__ ((used, section ("__DATA,__objc_const"))) = {
  	0, __OFFSETOFIVAR__(struct SMBook, _author), sizeof(struct SMBook_IMPL), 
  	(unsigned int)0, 
  	0, 
  	"SMBook",
  	(const struct _method_list_t *)&_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_SMBook,
  	0, 
  	(const struct _ivar_list_t *)&_OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_SMBook,
  	0, 
  	(const struct _prop_list_t *)&_OBJC_$_PROP_LIST_SMBook,
  };

从这几个里面发现：

• 对象的成员变量会进变量列表
• 对象的属性会进变量列表和属性列表，同时创建 getter 和 setter 方法
• 实例方法进实例方法列表
• 变量列表、属性列表和方法列表都会放到类的 ro
• 类方法进类方法列表
• 类方法列表放在元类的 ro

对象的本质

clang 的两条命令：

• 普通的 .m 文件：

  clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

• 当文件内引用了动态库如 UIKit 的 .m 文件：

  clang -x objective-c -rewrite-objc -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk ViewController.m

实例创建与方法调用

int main(int argc, const char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        SMBook *book = ((SMBook *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("SMBook"), sel_registerName("alloc"));
        ((void (*)(id, SEL, NSString *))(void *)objc_msgSend)((id)book, sel_registerName("setName:"), (NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_yb_37j_8lyx0g1_dtywfftgmc880000gn_T_main_7b3826_mi_2);
    }
    return 0;
}

方法的调用通过 objc_msgSend 实现。