从NSArray看类簇

Class Clusters

Class Clusters(类簇)是抽象工厂模式在iOS下的一种实现,众多常用类,如NSStringNSArrayNSDictionaryNSNumber都运作在这一模式下,它是接口简单性和扩展性的权衡体现,在我们完全不知情的情况下,偷偷隐藏了很多具体的实现类,只暴露出简单的接口。

NSArray的类簇

虽然官方文档中拿NSNumber说事儿,但Foundation并没有像图中描述的那样为每个number都弄一个子类,于是研究下NSArray类簇的实现方式。

__NSPlacehodlerArray

熟悉这个模式的同学很可能看过下面的测试代码,将原有的alloc+init拆开写:

发现+ alloc后并非生成了我们期望的类实例,而是一个__NSPlacehodlerArray的中间对象,后面的- init- initWithXXXXX消息都是发送给这个中间对象,再由它做工厂,生成真的对象。这里的__NSArrayI__NSArrayM分别对应Immutable和Mutable(后面的I和M的意思)

于是顺着思路猜实现,__NSPlacehodlerArray必定用某种方式存储了它是由谁alloc出来的这个信息,才能在init的时候知道要创建的是可变数组还是不可变数组

于是乎很开心的去看了下*obj1的内存布局:

下面是32位模拟器中的内存布局(64位太长不好看就临时改32位了- -),第一个箭头是*obj1,第二个是*obj2

我们知道,对象的前4字节(32位下)为isa指针,指向类对象地址,上图所示的0x0051E768就是__NSPlacehodlerArray类对象地址,可以从lldb下po这个地址来验证。

那么问题来了,这个中间对象并没有储存任何信息诶(除了isa外就都是0了),那它init的时候咋知道该创建什么呢?
经过研究发现,Foundation用了一个很贱的比较静态实例地址方式来实现,伪代码如下:

Foundation不是开源的,所以上面的代码是猜测的,思路大概就是这样,可以这样验证下:

静态不可变空对象

除此之外,Foundation对不可变版本的空数组也做了个小优化:

上边1-4号都指向了同一个对象,而arr5指向了另一个对象。
若干个不可变的空数组间没有任何特异性,返回一个静态对象也理所应当。
不仅是NSArray,Foundation中如NSStringNSDictionaryNSSet等区分可变和不可变版本的类,空实例都是静态对象(NSString的空实例对象是常量区的@""

所以也给用这些方法来测试对象内存管理的同学提个醒,很容易意料之外的。

References

https://developer.apple.com/library/ios/documentation/general/conceptual/CocoaEncyclopedia/ClassClusters/ClassClusters.html
http://iphonedevwiki.net/index.php/Foundation.framework/Inheritance_hierarchy

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