iOS底层原理总结探寻关联对象本质

释放双眼,带上耳机,听听看~!

上一篇《iOS底层原理总结 – 探寻Category的本质》

本篇学习总结:

  • 添加关联对象
  • 探寻关联对象本质

好了,带着问题,我们一一开始阅读吧 ?

一.添加关联对象

1.面试题:分类可以添加成员变量吗?

我们在上一篇文章iOS底层原理总结 – 探寻Category本质中已经讲过了,分类代码转化成c++底层代码后会生成一个category_t 结构体变量

_category_t结构体信息.png

category_t 结构体中没有存储成员变量的信息,所以严格上来说,分类不可以添加成员变量,只能添加属性,分类添加属性,系统会自动生成setter跟getter方法声明,不会生成属性对应的成员变量以及setter跟getter方法的实现。

我们知道类的成员变量,属性信息是存储在类对象中的class_rw_t 结构体中,成员变量的数据信息是存储在实例对象中,分类中添加属性,不会生成成员变量,所以即使手动实现了setter跟getter方法,存储的数据也不会存储到实例对象的成员变量信息中,我们只能是存储到一个全局变量中,类似如下代码:

static NSString *_name;
-(void)setName:(NSString *)name
{
_name = name;
}
-(NSString *)name
{
return _name;
}
NSObject *objc1 = [[NSObject alloc]init];
objc1.name = @"objc1";
NSObject *objc2 = [[NSObject alloc]init];
objc2.name = @"objc2";
NSLog(@"objc1.name = %@,objc2.name = %@",objc1.name,objc2.name);
//打印结果:
objc1.name = objc2,objc2.name = objc2

这样导致的后果是,我们创建多个实例对象,每个实例对象存储的name数据不会一一对应,因为static NSString *_name 放到类对象的数据中,类对象有且只有一个,存储name数据以最后一个对象数据存储为准

如果我们想分类中的属性可以通过点语法使用,怎么做到呢?我们通过添加关联对象来处理。

我们利用runtime给分类属性添加关联对象,runtime中提供了动态添加属性和获取属性的方法

-(void)setName:(NSString *)name
{
objc_setAssociatedObject(self, @"name",name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
-(NSString *)name
{
return objc_getAssociatedObject(self, @"name");
}

下面我们分析一下动态添加关联对象的api

  1. objc_setAssociatedObject
objc_setAssociatedObject(id object, const void *key,
id value, objc_AssociationPolicy policy);

参数一:id object:给哪个对象添加关联对象数据,就是哪个对象,参数可以是实例方法,也可以是类方法,这里我们用self(代表调用方法者,也就是当前的实例对象)。
参数二:const void key:添加关联对象存取数据的key,为了保证每个对象每个属性的存储数据唯一性,这里我们一般采用一个指针@selector(name)=_cmd,及方法的内存地址作为存储数据key。
参数三:id value:关联的值,也就是说每个对象每个属性存储的数据
参数四:objc_AssociationPolicy policy:策略,属性以什么形式保存,它是一个枚举:

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,  // 指定一个弱引用相关联的对象
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, // 指定相关对象的强引用,非原子性
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,  // 指定相关的对象被复制,非原子性
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,  // 指定相关对象的强引用,原子性
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403     // 指定相关的对象被复制,原子性
};
属性说明.png
  1. objc_getAssociatedObject
objc_getAssociatedObject(id object, const void *key);

参数一:id object:添加关联数据的对象,就是上述方法的object
参数二:const void key:关联对象中存储数据的key,这里我们通过key获取到之前存储的数据
3.removeAssociatedObjects

- (void)removeAssociatedObjects
{
// 移除所有关联对象
objc_removeAssociatedObjects(self);
}

移除当前对象关联的所有的数据

通过关联对象方法间接实现了NSObject添加name属性后可以通过点语法为属性赋值,取值。

NSObject *objc1 = [[NSObject alloc]init];
objc1.name = @"objc1";
NSObject *objc2 = [[NSObject alloc]init];
objc2.name = @"objc2";
NSLog(@"objc1.name = %@,objc2.name = %@",objc1.name,objc2.name);
//打印结果如下:
objc1.name = objc1,objc2.name = objc2
//可以看出 每一个objc对象存储着各自赋值的name数据
二.探索关联对象本质

实现关联对象技术的核心对象有:

  • 1.AssociationsManager
  • 2.AssociationsHashMap
  • 3.ObjectAssociationMap
  • 4.ObjcAssociation

其中xxxMap 就可以理解为我们OC中的字典对象,通过key-value进行赋值
我们通过源码来探寻关联对象技术的核心对象存在形式以及其作用。

1.objc_setAssociatedObject函数

打开下载好的objc源代码,搜索找到objc_setAssociatedObject函数,看一下函数实现

objc_setAssociatedObject函数实现.png

里面调用了_object_set_associative_reference函数,实现如下:

_object_set_associative_reference函数内部实现.png

_object_set_associative_reference函数内部我们可以在全部找到我们上面说过的实现关联对象的核心对象,接下来我们来一个一个看其内部实现原理探寻他们之间的关系。

  • AssociationsManager

通过AssociationsManager内部源码发现,AssociationsManager内部有一个AssociationsHashMap对象

AssociationsHashMap内部.png

通过AssociationsHashMap内部源码我们可以发现AssociationsHashMap继承自unordered_map,首先看一下unordered_map内部源码

unordered_map内部分源码.png

从unordered_map源码中我们可以看出_key和_Tp也就是前两个参数对应着map中的key和value,那么对照上面的AssociationsHashMap源码发现_key中传入的是disguised_ptr_t,_Tp中传入的值则为ObjectAssociationMap* 。
紧接着我们来到ObjectAssociationMap中,上图中ObjectAssociationMap已经标记出,我们发现ObjectAssociationMap中同样以key,value的方式存储着ObjcAssociation,接着我们来到ObjcAssociation中,可以看到如下结构:

ObjcAssociation内部实现.png

我们发现ObjcAssociation存储着_policy,_value,而这两个值我们可以发现是我们调用objc_setAssociatedObject函数传入的值,也就是说我们在调用objc_setAssociatedObject函数中传入的value和policy这两个值最终存储在ObjcAssociation中。

现在我们已经对AssociationsManagerAssociationsHashMapObjectAssociationMapObjcAssociation 四个对象之间的关系有了简单的认识,那么接下来我们细读源码,看一下objc_setAssociatedObject函数中传入的四个参数分别放到哪个对象中充当什么作用。

让我们重新在看一下_object_set_associative_reference函数实现

_object_set_associative_reference函数内部实现.png

细读上述源码 我们可以发现,首先根据我们传入的value经过acquireValue函数处理获取new_value,acquireValue函数内部其实是通过对策略的判断返回不同的值

acquireValue函数内部实现.png

之后创建AssociationsManager manager,以及拿到manager内部的AssociationsHashMap及associations。
之后我们看我们传入的第一个参数object,object经过DISGUISE函数被转化成为了disguised_ptr_t类型的disguised_object。

DISGUISE函数.png

DISGUISE函数其实仅对object内存地址做了位运算,并不强制引用object对象。

之后我们看到被处理成new_value的value,同policy被存入ObjcAssociation中,而ObjcAssociation对应我们传入的key被存入了ObjectAssociationMap中,disguised_object和ObjectAssociationMap则以key-value的形式对应存储到associations中,也就是AssociationsHashMap中。

关键代码.png

如果我们设置value为nil的话,就会执行下面的代码

value=nil 移除关联对象.png

从上述代码中我们可以看出,如果我们主动给value设置为nil,就会将关联对象从ObjectAssociationMap中移除。

最后我们通过一张图可以很清晰的理清楚其中的关系

关联对象底层关系图.png

通过上图我们可以总结为:一个实例对象就对应一个ObjectAssociationMap,而ObjectAssociationMap中存储着多个此实例对象关联对象的key以及ObjcAssociation,而ObjcAssociation中存储着关联对象的value和policy策略。
由此我们可以知道关联对象并不是放在了原来的对象里面,而是自己维护了一个全局的hashmap,用于存放每一个对象及其对应关联属性表格。

2.** objc_getAssociatedObject函数**

objc_getAssociatedObject 内部调用的是_object_get_associative_reference

objc_getAssociatedObject内部函数实现.png

我们看一下_object_get_associative_reference函数具体实现

_object_get_associative_reference.png

从_object_get_associative_reference函数内部可以看出,向set方法中那样,反向将value一层一层取出最后return出去。

3.objc_removeAssociatedObjects函数

objc_removeAssociatedObjects函数用于删除所有的关联对象,objc_removeAssociatedObjects函数内部调用的是_object_remove_assocations函数

objc_removeAssociatedObjects.png

我们来看_object_remove_assocations函数内部实现

_object_remove_assocations函数内部实现.png

上述源码我们可以看出_object_remove_assocations函数将object对象对应的所有关联对象全程删除。

此时我们在回来看objc_AssociationPolicy policy参数,这是一个枚举类型的数据

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,  // 指定一个弱引用相关联的对象
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, // 指定相关对象的强引用,非原子性
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,  // 指定相关的对象被复制,非原子性
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,  // 指定相关对象的强引用,原子性
OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403     // 指定相关的对象被复制,原子性
};

我们会发现其中只有RETAIN和COPY二而没有weak呢,通过上面对源码的分析我们知道,object经过DISGUISE函数被转化成了disguised_ptr_t类型的disguised_object

disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);

而同时我们知道,weak修饰的属性,当没有拥有对象之后就会被销毁,并且指针置位nil,那么在对象销毁之后,虽然在map中既然存在值object对应的AssociationsHashMap,但是因为object地址已经被置位nil,会造成坏地址访问而无法根据object对象的地址转化为disguised_object了。

总结本篇面试题:

  • 1.面试题:分类可以添加成员变量吗?

分类不可以添加成员变量,可以添加属性,但是系统只会自动生成setter跟getter方法声明,不会生成属性对应的成员变量,也不会生成setter跟getter方法的实现,如果我们用点语法使用分类中的属性,通过在分类中手动实现setter跟getter方法中关联属性对象。

本篇学习先记录到此,感谢阅读,如有错误,不吝赐教。

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