iOS下RunTime分析四（启动加载）
这里主要是解释：
- iOS下RunTime分析一（OC文件编译为C++）中的第4点疑问。
- iOS下RunTime分析三（扩展C++源码）中的总结的疑问。
该runtime源码分析及runtime源码都是基于MacOS 10.12.4 版本。
我们一般写程序都是以main函数作为程序入口开始编程的。那么在程序启动到开始执行main函数之间代码是如何调用的，每个类的load方法又是在什么情况下调用的？某个类的category中的方法、属性又是如何与主类联系起来的？一起来分析下。
首先需要大家把runtime的源码先下载下来，还可以编译runtime源码生成自己的libobjc.A.dylib。可以参考该文章：objc - 编译Runtime源码objc4-680。
Objective-C的运行是依赖于runtime库，runtime与其他库一样，都是通过dyld动态加载进来的。
runtime运行OC，开始加载OC类，入口如下：
在该函数中主要加载OC类的主要是_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);这个函数。
map_images
可以看下该方法的实现：
void
map_images(unsigned count, const char * const paths[],
const struct mach_header * const mhdrs[])
{
rwlock_writer_t lock(runtimeLock);
return map_images_nolock(count, paths, mhdrs);
}
这里的paths里面的其实是dyld加载的各个OC的类库，mdhrs是与类库相对应的一个mach_header类型的变量，count就是paths的数组长度。可以看下paths里面的内容：
/Users/zyh/Library/Developer/Xcode/DerivedData/objc-amdcxyrwpmnquyhanfsebqgcarms/Build/Products/Debug/debug-objc
/System/Library/PrivateFrameworks/RemoteViewServices.framework/Versions/A/RemoteViewServices
/System/Library/PrivateFrameworks/Backup.framework/Versions/A/Backup
/System/Library/Frameworks/Carbon.framework/Versions/A/Frameworks/Ink.framework/Versions/A/Ink
/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/Library/Debugger/libViewDebuggerSupport.dylib
/System/Library/Frameworks/AppKit.framework/Versions/C/AppKit
...
从map_images中可以看到主要实现的逻辑在map_images_nolock中，该函数的实现代码主要就是两个,现在用伪代码实现下并加注释(请详细看注释，是精华所在)说明：
/*
mhCount:当前dyld加载的OC的类库的数量
mhPaths:OC类库的文件地址
mhdirs:每个OC库文件的文件信息
*/
void map_images_nolock(unsigned mhCount, const char * const mhPaths[],
const struct mach_header * const mhdrs[])
{
header_info *hList[mhCount];
uint32_t hCount = 0;
int totalClasses = 0;//所有的mhPaths的库中总共包含了多少个OC类。
int unoptimizedTotalClasses = 0;//这个目前与totalClass一样。
{
uint32_t i = mhCount;
while (i--) {
const headerType *mhdr = (const headerType *)mhdrs[i];
/*
在这里totalClasses、unoptimizedTotalClasses不是值传参，是引用传参。
该函数的作用是：
1. 根据mhdr信息，生成一个header_info的一个变量info，该变量保存了mhdr这个值，并将info放到以FirstHeader为头部的链表中。
2. 根据mhdr信息计算mhPath[i]这个地址的类库里面有多少个OC类，并加到totalClasses中。
*/
auto hi = addHeader(mhdr, mhPaths[i], totalClasses, unoptimizedTotalClasses);
if (!hi) {
continue;
}
hList[hCount++] = hi;
}
}
if (hCount > 0) {
//真正的加载类、协议、category的地方。单独拿出来分析。
_read_images(hList, hCount, totalClasses, unoptimizedTotalClasses);
}
}
下面来看下_read_images的伪代码实现：
void _read_images(header_info **hList, uint32_t hCount, int totalClasses, int unoptimizedTotalClasses)
{
header_info *hi;
size_t count;
size_t i;
static bool doneOnce;
if (!doneOnce) {
doneOnce = YES;
//这里会根据编译器是否需要优化而对类的数量做了改变。
int namedClassesSize =
(isPreoptimized() ? unoptimizedTotalClasses : totalClasses) * 4 / 3;
//该变量是个全局的NXMapTable，是个key-value的hashTable。存储了加载出来的类对象。
gdb_objc_realized_classes =
NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, namedClassesSize);
}
//加载类对象
//这里加载的类对象只是将类对方存到以gdb_objc_realized_classes为变量的一个map中
//key值就是该对象的名字
//除此之外没有做任何操作，比如与isA的关联和superclass的关联等等。
for (EACH_HEADER) {
if (! mustReadClasses(hi)) {
// Image is sufficiently optimized that we need not call readClass()
continue;
}
bool headerIsBundle = hi->isBundle();
bool headerIsPreoptimized = hi->isPreoptimized();
//其实就是从程序的数据段寻找__objc_classlist类型的变量。可以参考clang编译的C++源码。
classref_t *classlist = _getObjc2ClassList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
Class cls = (Class)classlist[i];
//将类加载出来放到gdb_objc_realized_classes中。
Class newCls = readClass(cls, headerIsBundle, headerIsPreoptimized);
if (newCls != cls && newCls) {
resolvedFutureClasses = (Class *)
realloc(resolvedFutureClasses,
(resolvedFutureClassCount+1) * sizeof(Class));
resolvedFutureClasses[resolvedFutureClassCount++] = newCls;
}
}
}
//加载类中实现的协议对象
for (EACH_HEADER) {
extern objc_class OBJC_CLASS_$_Protocol;
Class cls = (Class)&OBJC_CLASS_$_Protocol;
assert(cls);
//该变量是一个全局的NXMapTable，存储着各个OC类库中的协议的结构体静态变量。key-value
NXMapTable *protocol_map = protocols();
bool isPreoptimized = hi->isPreoptimized();
bool isBundle = hi->isBundle();
//其实就是从程序的数据段寻找__objc_protolist类型的变量。可以参考clang编译的C++源码。
protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
//该方法主要就是将protolist[i]存入protocol_map中。
readProtocol(protolist[i], cls, protocol_map,
isPreoptimized, isBundle);
}
}
//实现类对象：将类对象与方法函数关联、指定类对象的isA和superclass等等。
//该处并不是实现了所有的类对象，只有实现了+(void)load方法的类对象，才会执行这里的逻辑。
//那么没有实现load方法的类对象只是放到了上面的map中，在真正使用时才会去关联方法、指定isA等操作。
for (EACH_HEADER) {
//从程序的数据段寻找__objc_nlclslist类型的变量。
classref_t *classlist =
_getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
Class cls = remapClass(classlist[i]);
if (!cls) continue;
//这里主要是做了两步骤：
//1. 设置了cls的superclass以及data()，并将cls添加到superclass的链表中。
//2. 添加methodlist方法、propertys方法、protocol方法以及category方法。
//这里添加category方法时是从unattachedCategories()中的hashtable中取的，
//这时如果category方法还没有加到这个table中，那么返回就是空的。
realizeClass(cls);
}
}
//添加category方法。
for (EACH_HEADER) {
//从程序的数据段寻找__objc_catlist类型的变量。
category_t **catlist =
_getObjc2CategoryList(hi, &count);
bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();
for (i = 0; i < count; i++) {
category_t *cat = catlist[i];
Class cls = remapClass(cat->cls);
if (!cls) {
continue;
}
bool classExists = NO;
if (cat->instanceMethods || cat->protocols
|| cat->instanceProperties)
{
//1. 首相将cat存入到unattachedCategories()中的hashtable中。
//2. 如果cls之前调用过realizeClass方法，那么直接将cat的方法加入到cls中。
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
if (cls->isRealized()) {
remethodizeClass(cls);
classExists = YES;
}
}
if (cat->classMethods || cat->protocols
|| (hasClassProperties && cat->_classProperties))
{
//1. 首相将cat存入到unattachedCategories()中的hashtable中。
//2. 如果cls之前调用过realizeClass方法，那么直接将cat的方法加入到cls中。
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);
if (cls->ISA()->isRealized()) {
remethodizeClass(cls->ISA());
}
}
}
}
}
map_image阶段完成了类库的加载。
load_images
该函数的作用主要就是从已经加载的OC类中找到有load方法的类，并执行其中的load方法。
这里的功能比较简单，不做分析。