深入解析 ObjC 中方法的结构

因为 ObjC 的 runtime 只能在 Mac OS 下才能编译，所以文章中的代码都是在 Mac OS，也就是 x86_64 架构下运行的，对于在 arm64 中运行的代码会特别说明。

在上一篇分析 isa 的文章从 NSObject 的初始化了解 isa中曾经说到过实例方法被调用时，会通过其持有 isa 指针寻找对应的类，然后在其中的 class_data_bits_t 中查找对应的方法，在这一篇文章中会介绍方法在 ObjC 中是如何存储方法的。

这篇文章的首先会根据 ObjC 源代码来分析方法在内存中的存储结构，然后在 lldb 调试器中一步一步验证分析的正确性。

方法在内存中的位置

先来了解一下 ObjC 中类的结构图：

• isa 是指向元类的指针，不了解元类的可以看 Classes and Metaclasses
• super_class 指向当前类的父类
• cache 用于缓存指针和 vtable，加速方法的调用
• bits 就是存储类的方法、属性、遵循的协议等信息的地方

class_data_bits_t 结构体

这一小结会分析类结构体中的 class_data_bits_t bits。

下面就是 ObjC 中 class_data_bits_t 的结构体，其中只含有一个 64 位的 bits 用于存储与类有关的信息：

在 objc_class 结构体中的注释写到 class_data_bits_t 相当于 class_rw_t 指针加上 rr/alloc 的标志。

class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags  

它为我们提供了便捷方法用于返回其中的 class_rw_t * 指针：

class_rw_t* data() {
     
   return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}

将 bits 与 FAST_DATA_MASK 进行位运算，只取其中的 [3, 47] 位转换成 class_rw_t * 返回。

在 x86_64 架构上，Mac OS 只使用了其中的 47 位来为对象分配地址。而且由于地址要按字节在内存中按字节对齐，所以掩码的后三位都是 0。

因为 class_rw_t * 指针只存于第 [3, 47] 位，所以可以使用最后三位来存储关于当前类的其他信息：

#define FAST_IS_SWIFT           (1UL<<0)
#define FAST_HAS_DEFAULT_RR     (1UL<<1)
#define FAST_REQUIRES_RAW_ISA   (1UL<<2)
#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL

• isSwift()
  • FAST_IS_SWIFT 用于判断 Swift 类
• hasDefaultRR()
  • FAST_HAS_DEFAULT_RR 当前类或者父类含有默认的 retain/release/autorelease/retainCount/_tryRetain/_isDeallocating/retainWeakReference/allowsWeakReference方法
• requiresRawIsa()
  • FAST_REQUIRES_RAW_ISA 当前类的实例需要 raw isa

执行 class_data_bits_t 结构体中的 data() 方法或者调用 objc_class 中的 data()方法会返回同一个 class_rw_t * 指针，因为 objc_class 中的方法只是对 class_data_bits_t 中对应方法的封装。

// objc_class 中的 data() 方法
class_data_bits_t bits;

class_rw_t *data() {
     
   return bits.data();
}

// class_data_bits_t 中的 data() 方法
uintptr_t bits;

class_rw_t* data() {
     
   return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK)