剖析 Runtime 之 class 结构中散列表 (哈希表) 的工作原理

前言

在上一篇博文中, 我们深入探讨了 Runtime 中的 isa 指针。本篇博文, 我们将继续学习 Runtime 中的另一个重要组成部分——class 结构, 特别是其中的 cache_t cache 散列表 (哈希表)。我们将从底层原理开始, 逐步解析散列表的工作方式, 以及它在 Objective-C 调用过程中的重要作用。做好准备, 一起踏上这段探索之旅吧!

一、散列表 (哈希表) 的基本原理

散列表 (哈希表) 是一种用于存储和快速检索数据的结构。它利用了一种称为哈希函数的数学方法, 将数据元素映射到一个确定的位置 (称为哈希值), 从而实现快速查找和存储。哈希函数根据数据的特征值, 确定数据元素在散列表中的存储位置。因此, 哈希表能够将数据的查找时间复杂度从传统的 O(n) 降低到 O(1), 极大地提高了数据检索效率。

二、class 结构中的散列表

在 Runtime 的 class 结构中, cache_t cache 是一个散列表, 它存储着指向方法实现的指针, 这些方法实现可以是类方法 (class methods) 或实例方法 (instance methods)。通过这个散列表, Runtime 能够快速查找和调用方法, 从而提高程序运行效率。

2.1 散列表的结构

cache_t cache 散列表由一系列链表组成, 每个链表对应一个哈希值。链表中的节点存储着方法实现的指针以及其他相关信息。当查找一个方法时, Runtime 会根据方法选择器 (method selector) 计算出相应的哈希值, 然后在对应的链表中搜索该方法。如果找到该方法, 则直接返回其方法实现指针。否则, 继续在其他链表中搜索, 直到找到该方法或遍历完所有链表。

2.2 哈希函数的选择

哈希函数的选择对散列表的性能至关重要。一个好的哈希函数可以减少哈希冲突 (多个数据元素映射到同一个哈希值), 从而提高散列表的查找效率。在 class 结构中, 使用了两种哈希函数:

• 对于类方法, 使用方法选择器本身作为哈希值。
• 对于实例方法, 使用方法选择器与类指针的组合作为哈希值。

这种设计可以有效地减少哈希冲突, 提高散列表的查找效率。

三、散列表在调用过程中的应用

散列表在 Objective-C 的调用过程中扮演着至关重要的角色。当一个方法被调用时, Runtime 会首先检查方法选择器, 然后根据方法选择器计算出相应的哈希值。接着, Runtime 会在 class 结构的 cache_t cache 散列表中搜索该方法。如果找到该方法, 则直接返回其方法实现指针。否则, Runtime 会继续在其他链表中搜索, 直到找到该方法或遍历完所有链表。

如果 Runtime 在散列表中没有找到该方法, 则说明该方法不存在。此时, Runtime 会抛出一个错误, 并终止程序。因此, 散列表在 Objective-C 调用过程中起着至关重要的作用, 它保证了方法调用的正确性和效率。

四、结语

本篇博文, 我们深入探讨了 Runtime 中的 class 结构中的散列表 (哈希表), 从底层原理到实际应用场景, 全面阐述了散列表的工作方式和重要性。通过对散列表的深入理解, 我们对 Objective-C 调用过程有了更深刻的认识。掌握了这些底层实现的核心知识, 将有助于我们写出更加高效、健壮的代码。在未来的博文中, 我们将继续探索 Runtime 的其他组成部分和功能, 敬请期待!