揭秘iOS底层：剖析类加载（上）

2023-09-09 18:12:09

揭秘 iOS 类加载的幕后黑手

引言

探索 iOS 底层的奥秘之旅仍在继续，这一次，我们将深入研究类的加载机制。深入了解类的加载过程，对于 iOS 开发人员来说至关重要，因为它赋予了我们深入了解应用程序行为和提高性能的能力。

Mach-O：类的庇护所

Mach-O 是一种二进制文件格式，用于存储 iOS 应用程序的可执行代码、数据和元数据。类的元数据，例如类名、父类和方法列表，都整齐地存储在 Mach-O 的 __DATA 段中，具体位于 __objc_classlist 和 __objc_catlist 部分。

objc_class：类的蓝图

objc_class 结构体是类的核心数据结构，它包含了类的元数据，如类名、父类、实例变量和方法列表。当类被加载时，Objective-C 运行时会创建相应的 objc_class 实例。

struct objc_class {
  Class isa;
  Class superclass;
  const char *name;
  long version;
  long info;
  long instance_size;
  long ivars;
  const char **ivar_list;
  const char **method_list;
  const char **protocol_list;
  const char **ivars;
  const objc_method_description **methods;
  const objc_property_t **properties;
  const objc_class **protocols;
};

元数据的加载：从 Mach-O 到运行时

当类被加载时，Objective-C 运行时会从 Mach-O 文件中提取元数据，并填充 objc_class 结构体。这个过程主要涉及以下步骤：

加载 Mach-O 文件： 系统使用 dlopen 加载 Mach-O 文件，并将 Mach-O 的基地址存储在全局变量 _mh_execute_header 中。
定位 objc_classlist： 使用 Mach-O 文件中的 load_commands 表，找到 LC_SEGMENT 命令，然后在段信息中定位 __DATA 段。接着，在 __DATA 段中找到 __objc_classlist 部分的地址。
遍历 objc_classlist： 遍历 __objc_classlist 部分，读取每个 objc_class 结构体的信息，并填充到 Objective-C 运行时的哈希表中。

关联对象的加载：附加的视角

除了元数据，类还可以与关联对象相关联。关联对象是与类或对象关联的附加数据，通常用于存储额外的信息或实现特定功能。Objective-C 运行时通过关联列表（objc_objectlist）管理关联对象。

代码段的加载：方法的舞步

类的代码段（方法实现）存储在 Mach-O 的 __TEXT 段中，具体位于 __text 和 __cstring 部分。当类被调用时，Objective-C 运行时会将代码段加载到内存中，并将其解析为机器指令。

总结：iOS 类加载的蓝图

通过探索 Mach-O 文件结构和 objc_class 结构体，我们揭开了 iOS 类加载的神秘面纱。Objective-C 运行时从 Mach-O 文件中提取元数据，填充 objc_class 结构体，并管理关联对象，从而完成类的加载过程。

深入理解底层机制，对于 iOS 开发人员来说至关重要，它赋予了我们洞察应用程序行为和提高性能的能力。在下篇博客中，我们将继续深入探讨类加载，重点关注方法解析和代码段加载的细节。敬请期待！

常见问题解答

objc_class 结构体包含了哪些信息？
- objc_class 结构体包含了类的元数据，如类名、父类、实例变量和方法列表。
Objective-C 运行时如何加载元数据？
- Objective-C 运行时从 Mach-O 文件中提取元数据，并填充 objc_class 结构体。
关联对象是什么？
- 关联对象是与类或对象关联的附加数据，通常用于存储额外的信息或实现特定功能。
代码段存储在哪里？
- 类的代码段存储在 Mach-O 的 __TEXT 段中。
Objective-C 运行时如何加载代码段？
- 当类被调用时，Objective-C 运行时会将代码段加载到内存中，并将其解析为机器指令。