这次探索源于一个朋友问的问题，当我们定义一个类的实例变量的时候，可以指定其修饰符：
@interface Sark : NSObject { __strong id _gayFriend; // 无修饰符的对象默认会加 __strong __weak id _girlFriend; __unsafe_unretained id _company; } @end
这使得 ivar (instance variable) 可以像属性一样在 ARC 下进行正确的引用计数管理。那么问题来了，假如这个类是动态生成的：
Class class = objc_allocateClassPair(NSObject.class, "Sark", 0); class_addIvar(class, "_gayFriend", sizeof(id), log2(sizeof(id)), @encode(id)); class_addIvar(class, "_girlFriend", sizeof(id), log2(sizeof(id)), @encode(id)); class_addIvar(class, "_company", sizeof(id), log2(sizeof(id)), @encode(id)); objc_registerClassPair(class);
该如何像上面一样来添加 ivar 的属性修饰符呢？刨根问底了一下，发现 ivar 的修饰信息存放在了 Class 的 Ivar Layout 中：
struct class_ro_t { uint32_t flags; uint32_t instanceStart; uint32_t instanceSize; #ifdef __LP64__ uint32_t reserved; #endif const uint8_t * ivarLayout; // <- 记录了哪些是 strong 的 ivar const char * name; const method_list_t * baseMethods; const protocol_list_t * baseProtocols; const ivar_list_t * ivars; const uint8_t * weakIvarLayout; // <- 记录了哪些是 weak 的 ivar const property_list_t *baseProperties; };
ivarLayout 和 weakIvarLayout 分别记录了哪些 ivar 是 strong 或是 weak，都未记录的就是基本类型和 __unsafe_unretained 的对象类型。
这两个值可以通过 runtime 提供的几个 API 来访问：
const uint8_t *class_getIvarLayout(Class cls) const uint8_t *class_getWeakIvarLayout(Class cls) void class_setIvarLayout(Class cls, const uint8_t *layout) void class_setWeakIvarLayout(Class cls, const uint8_t *layout)
但我们几乎没可能用到这几个 API，IvarLayout 的值由 runtime 确定，没必要关心它的存在，但为了解决上述问题，我们试着破解了 IvarLayout 的编码方式。
举个例子说明，若类定义为：
@interface Foo : NSObject { __strong id ivar0; __weak id ivar1; __weak id ivar2; } @end
则储存 strong ivar 的 ivarLayout 的值为 0x012000
储存 weak ivar 的 weakIvarLayout 的值为 0x1200
一个 uint8_t 在 16 进制下是两位，所以编码的值每两位一对儿，以上面的 ivarLayout 为例：
- 前两位 01 表示有 0 个非 strong 对象和 1 个 strong 对象
- 之后两位 20 表示有 2 个非 strong 对象和 0 个 strong 对象
- 最后两位 00 为结束符，就像 cstring 的 /0 一样
同理，上面的 weakIvarLayout：
- 前两位 12 表示有 1 个非 weak 对象和接下来连续 2 个 weak 对象
- 00 结束符
这样，用两个 layout 编码值就可以排查出一个 ivar 是属于 strong 还是 weak 的，若都没有找到，就说明这个对象是 unsafe_unretained.
做个练习，若类定义为：
@interface Bar : NSObject { __weak id ivar0; __strong id ivar1; __unsafe_unretained id ivar2; __weak id ivar3; __strong id ivar4; } @end
则储存 strong ivar 的 ivarLayout 的值为 0x012100
储存 weak ivar 的 weakIvarLayout 的值为 0x01211000
于是乎将 class 的创建代码增加了两个 ivarLayout 值的设置：
Class class = objc_allocateClassPair(NSObject.class, "Sark", 0); class_addIvar(class, "_gayFriend", sizeof(id), log2(sizeof(id)), @encode(id)); class_addIvar(class, "_girlFriend", sizeof(id), log2(sizeof(id)), @encode(id)); class_addIvar(class, "_company", sizeof(id), log2(sizeof(id)), @encode(id)); class_setIvarLayout(class, (const uint8_t *)"/x01/x12"); // <--- new class_setWeakIvarLayout(class, (const uint8_t *)"/x11/x10"); // <--- new objc_registerClassPair(class);
本以为解决了这个问题，但是 runtime 继续打脸，strong 和 weak 的内存管理并没有生效，继续研究发现， class 的 flags 中有一个标记位记录这个类是否 ARC，正常编译的类，且标识了 -fobjc-arc flag 时，这个标记位为 1，而动态创建的类并没有设置它。所以只能继续黑魔法，运行时把这个标记位设置上，探索过程不赘述了，实现如下：
static void fixup_class_arc(Class class) { struct { Class isa; Class superclass; struct { void *_buckets; uint32_t _mask; uint32_t _occupied; } cache; uintptr_t bits; } *objcClass = (__bridge typeof(objcClass))class; #if !__LP64__ #define FAST_DATA_MASK 0xfffffffcUL #else #define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL #endif struct { uint32_t flags; uint32_t version; struct { uint32_t flags; } *ro; } *objcRWClass = (typeof(objcRWClass))(objcClass->bits & FAST_DATA_MASK); #define RO_IS_ARR 1<<7 objcRWClass->ro->flags |= RO_IS_ARR; }
把这个 fixup 放在 objc_registerClassPair(class); 之后，这个动态的类终于可以像静态编译的类一样操作 ivar 了，可以测试一下：
id sark = [class new]; Ivar weakIvar = class_getInstanceVariable(class, "_girlFriend"); Ivar strongIvar = class_getInstanceVariable(class, "_gayFriend"); { id girl = [NSObject new]; id boy = [NSObject new]; object_setIvar(sark, weakIvar, girl); object_setIvar(sark, strongIvar, boy); } // ARC 在这里会释放大括号内的 girl，boy // 输出：weakIvar 为 nil，strongIvar 有值 NSLog(@"%@, %@", object_getIvar(sark, weakIvar), object_getIvar(sark, strongIvar));
Done.
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