深入剖析 iOS 底层原理：cache_t 的奥秘（上）

在揭开 iOS 底层原理的神秘面纱的旅程中，我们已探究了类结构的复杂性，深入了解了 objc_class 的内部构造。然而，一个关键元素——cache_t ——暂时被我们搁置一旁，等待进一步的探索。

在本文中，我们将深入研究 cache_t 的内部结构，揭开其在 Objective-C 运行时中的关键作用。通过对 class_data_bits_t 中 bits 领域的深入分析，我们将揭示 cache_t 如何高效地存储和管理关键类信息。

cache_t：类信息的高速缓存

cache_t 是 Objective-C 运行时中的一种数据结构，用于缓存与类相关的关键信息，如类方法、实例变量和协议。它旨在通过消除对类定义的频繁访问来提高应用程序的性能。

cache_t 位于类对象中，可以通过 cache_t **_Nullable cache = (__bridge cache_t ** _Nullable)(_objc_readClassExtraData(cls)) 访问。它是一个指针数组，每个元素指向一个 objc_cache_t 结构。

objc_cache_t 结构

objc_cache_t 结构包含以下字段：

• pointers: 指向实际缓存数据的指针。它可能是以下之一：
  • 方法列表
  • 实例变量列表
  • 协议列表
  • 扩展结构（用于附加信息）
• count: 缓存项的数量。
• mask: 缓存大小（以项为单位）的掩码。

class_data_bits_t 中的 bits 字段

cache_t 的实际数据存储在 class_data_bits_t 结构中。bits 字段是 class_data_bits_t 中一个 64 位的整数，它对 cache_t 进行编码。

bits 字段由以下位域组成：

• bits[0-13]: 指向 cache_t 中方法缓存的索引。
• bits[14-27]: 指向 cache_t 中实例变量缓存的索引。
• bits[28-41]: 指向 cache_t 中协议缓存的索引。
• bits[42-55]: 指向 cache_t 中扩展结构的索引（如果存在）。
• bits[56-62]: 方法缓存的大小（以项为单位）。
• bits[63]: 实例变量缓存的大小（以项为单位）。

缓存数据检索

Objective-C 运行时使用以下算法从 cache_t 检索缓存数据：

1. 提取 bits 字段中相应的索引。
2. 使用该索引从 cache_t 中检索缓存数据的指针。
3. 访问缓存数据。

优化性能

cache_t 通过以下方式优化应用程序性能：

• 消除对类定义的频繁访问： 缓存数据避免了对类定义的频繁访问，这可以提高性能。
• 快速数据检索： bits 字段中的索引允许快速检索缓存数据。

结论

cache_t 是 Objective-C 运行时中的一个关键数据结构，用于存储和管理与类相关的关键信息。通过深入了解 cache_t 的内部结构和 class_data_bits_t 中 bits 字段的编码方式，我们可以更好地理解 Objective-C 运行时的工作原理。在下一篇博文中，我们将继续探索 cache_t 的高级特性，包括其管理和维护的细微之处。