iOS 瞭解isa-swizzling (類指標交換)

GabrielPanda發表於2019-01-18
iOS指標

1、類的結構

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

複製程式碼

物件和類

Objective-C 是一門物件導向的程式語言。 物件都是一個類的例項，物件都有一個名為 isa 的指標，指向該物件的類。 類描述了一系列它的例項的特點，包括成員變數的列表，成員函式的列表等。 物件都可以接受訊息，而物件能夠接收的訊息列表是儲存在它所對應的類中。

類和元類

類也是一個物件，是元類 (metaclass)的實列，這個類就是元類 (metaclass)。 元類儲存了類方法的列表。 當一個類方法被呼叫時，元類會首先查詢它本身是否有該類方法的實現，如果沒有，則該元類會向它的父類查詢該方法，直到一直找到繼承鏈的頭。

元類 (metaclass) 也是一個物件，那麼元類的 isa 指標又指向哪裡呢？ 為了設計上的完整，所有的元類的 isa 指標都會指向一個根元類 (root metaclass)。 根元類 (root metaclass) 本身的 isa 指標指向自己，這樣就行成了一個閉環。

物件-類-元類

無法動態給物件增加成員變數

因為物件在記憶體中的排布可以看成一個結構體，該結構體的大小並不能動態變化。 所以無法在執行時動態給物件增加成員變數。

可以動態給物件增加方法

相對的，物件的方法的定義列表是一個名為 methodLists的指標的指標。 通過修改該指標指向的指標的值，就可以實現動態地為某一個類增加成員方法。 這也是Category實現的原理。同時也說明了為什麼Category只可為物件增加成員方法，卻不能增加成員變數。

關聯物件

通過objc_setAssociatedObject 和 objc_getAssociatedObject方法可以變相地給物件增加成員變數，但由於實現機制不一樣，所以並不是真正改變了物件的記憶體結構。

2、isa-swizzling

就是把當前某個例項物件的isa指標指向一個新建造的中間類，在這個新建造的中間類上面做hook方法或者別的事情，這樣不會影響這個類的其他例項物件，僅僅影響當前的例項物件。

.class 和 object_getClass 的區分

.class 當 target 是 Instance 則返回 Class，當 target 是 Class 則返回自身 object_getClass 返回 isa 指標的指向

動態建立一個 Class 的完整步驟

objc_allocateClassPair class_addMethod class_addIvar objc_registerClassPair

新建中間類

3、isa-swizzling的應用

KVO的實現

當某個類的屬性物件第一次被觀察時，系統就會在執行期動態地建立該類的一個派生類，在這個派生類中重寫基類中任何被觀察屬性的setter 方法。 派生類在被重寫的setter方法內實現真正的通知機制 如果原類為，那麼生成的派生類名為NSKVONotifying_xxx 每個類物件中都有一個isa指標指向當前類，當一個類物件的第一次被觀察，那麼系統會將isa指標指向動態生成的派生類，從而在給被監控屬性賦值時執行的是派生類的setter方法

鍵值觀察通知依賴於NSObject 的兩個方法:willChangeValueForKey: 和 didChangevlueForKey:；
在一個被觀察屬性發生改變之前， willChangeValueForKey:一定會被呼叫，這就會記錄舊的值。
而當改變發生後，didChangeValueForKey:會被呼叫，
繼而 observeValueForKey:ofObject:change:context: 也會被呼叫。
複製程式碼

KVO的這套實現機制中蘋果重寫了class方法，讓我們誤認為還是使用的當前類，從而達到隱藏生成的派生類

aspect AOP 面向切面程式設計的實現

aspect hook例項物件方法和類方法時候也是應用了isa-swizzling，建造了新的派生類，在派生類上門進行hook，這樣移除hook的時候非常方便。

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