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Objective-C关键字@property使用原理探究

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@property

@property是OC开发中常用到的关键字，今天这篇文章就为它做一个较为系统全面的总结

主要包含内容

接下来我会分别解析

存取器方法

一般访问存取器方法只需要使用.propertyName即可，需要特别指定存取器方法时可通过getter=getterName与setter=setterName，具体示例如下：

// 指定getter访问名为isOpen

@property (nonatomic, assign, getter=isOpen) BOOL open;

// 指定setter方法名为setNickName:

@property (nonatomic, copy, setter=setNickName:) NSString *name;

读写权限

内存管理

源对象类型拷贝方式目标对象类型拷贝类型（深｜浅）
mutable对象copy不可变深拷贝
mutable对象mutableCopy可变深拷贝
immutable对象copy不可变浅拷贝
immutable对象mutableCopy可变深拷贝

可以总结以下两点：

对mutable对象的拷贝都是深拷贝

所有对象的copy结果都是不可变

weak：弱引用关系，修饰对象的引用计数不会增加，当修饰对象被销毁的时候，对象指针会自动置为 nil，主要可以用于避免循环引用；weak 只能用来修饰对象类型，且是在 ARC 下新引入的修饰词，只能修饰对象，MRC 下相当于使用 assign。

数据结构

struct SideTable {
    spinlock_t slock;// 用于给原子性操作加锁
    RefcountMap refcnts;// 引用计数hash表
    weak_table_t weak_table;// weak对象指针hash表
}

/**
* The global weak references table. Stores object ids as keys,
* and weak_entry_t structs as their values.
*/
struct weak_table_t {
    weak_entry_t *weak_entries;// 存储 weak 对象信息的 hash 数组
    size_t    num_entries;// 数组中元素的个数，数组初始化的时候默认4个，占用达到3/4会翻倍扩容
    uintptr_t mask;// 计数辅助量
    uintptr_t max_hash_displacement;// hash 元素最大偏移值
};

清除weak

对象dealloc的时候，会调用weak_clear_no_lock函数将指向该对象的弱引用指针置为nil，具体实现如下

// objc-weak.mm
/** 
 * Called by dealloc; nils out all weak pointers that point to the 
 * provided object so that they can no longer be used.
 * 
 * @param weak_table 
 * @param referent The object being deallocated. 
 */
void 
weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) 
{
    // 获得 weak 指向的地址，即对象内存地址
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id; 
    // 找到管理 referent 的 entry 容器
    weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent); 
    // 如果 entry == nil，表示没有弱引用需要置为 nil，直接返回
    if (entry == nil) { 
        /// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
        //printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
        return;
    }
    // zero out references
    weak_referrer_t *referrers;
    size_t count;
    if (entry->out_of_line()) { 
        // referrers 是一个数组，存储所有指向 referent_id 的弱引用
        referrers = entry->referrers; 
        // 弱引用数组长度
        count = TABLE_SIZE(entry);    
    } 
    else {
        referrers = entry->inline_referrers;
        count = WEAK_INLINE_COUNT;
    }
    // 遍历弱引用数组，将所有指向 referent_id 的弱引用全部置为 nil
    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        objc_object **referrer = referrers[i];
        if (referrer) {
            if (*referrer == referent) {
                *referrer = nil;
            }
            else if (*referrer) {
                _objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
                             "This is probably incorrect use of "
                             "objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
                             "Break on objc_weak_error to debug.\n", 
                             referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
                objc_weak_error();
            }
        }
    }
    // 从 weak_table 中移除对应的弱引用的管理容器
    weak_entry_remove(weak_table, entry);
}

总结：

当一个对象被销毁时，在dealloc方法内部经过一系列的函数调用栈，通过两次哈希查找，第一次根据对象的地址找到它所在的Sidetable，第二次根据对象的地址在Sidetable的weak_table中找到它的弱引用表。弱引用表中存储的是对象的地址（作为key）和weak指针地址的数组（作为value）的映射。weak_clear_no_lock函数中遍历弱引用数组，将指向对象的地址的weak变量全都置为nil。

添加weak

一个被声明为__weak的指针，在经过编译之后。通过objc_initWeak函数初始化附有__weak修饰符的变量，在变量作用域结束时通过objc_destroyWeak函数销毁该变量。

id obj = [[NSObject alloc] init];
id __weak obj1 = obj;
/*----- 编译 -----*/
id obj1;
objc_initWeak(&amp;obj1,obj);
objc_destroyWeak(&amp;obj1);

objc_initWeak函数调用栈如下：

// NSObject.mm
1. objc_initWeak
2. storeWeak
// objc-weak.mm
3. weak_register_no_lock
4. weak_unregister_no_lock

总结：

一个被标记为__weak的指针，在经过编译之后会调用objc_initWeak函数，objc_initWeak函数中初始化weak变量后调用storeWeak。添加weak的过程如下：
经过一系列的函数调用栈，最终在weak_register_no_lock()函数当中，进行弱引用变量的添加，具体添加的位置是通过哈希算法来查找的。如果对应位置已经存在当前对象的弱引用表（数组），那就把弱引用变量添加进去；如果不存在的话，就创建一个弱引用表，然后将弱引用变量添加进去。（weak相关实现较为复杂后续的文章会做专门解析）

retain：MRC下使用，ARC下使用strong,用来修饰对象类型，强引用对象，其修饰对象的引用计数会 +1，不会对对象分配新的内存空间。

unsafe_unretained：同weak类似，不会对对象的引用计数 +1，只能用来修饰对象类型，修饰的对象在被销毁时，其指针不会自动清空，指向的仍然是已销毁的对象，这时再调用该指针会产生野指针EXC_BAD_ACCESS错误。

原子性

atomic 原子性：系统会自动给生成的 getter/setter 方法进行加锁操作； nonatomic 非原子性：系统不会给自动生成的 getter/setter 方法进行加锁操作； 设置属性函数 reallySetProperty(...) 的原子性非原子性实现如下：

if (!atomic) {
    oldValue = *slot;
    *slot = newValue;
} else {
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    oldValue = *slot;
    *slot = newValue;        
    slotlock.unlock();
}

获取属性函数 objc_getProperty(...) 的内部实现如下：

    if (offset == 0) {
        return object_getClass(self);
    }
    // Retain release world
    id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
    if (!atomic) return *slot;
    // Atomic retain release world
    spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
    slotlock.lock();
    id value = objc_retain(*slot);
    slotlock.unlock();
    // for performance, we (safely) issue the autorelease OUTSIDE of the spinlock.
    return objc_autoreleaseReturnValue(value);

总结

由上面代码可见atomic只能对存取器方法加锁，并不能保障多线程下对对象的其他操作安全。

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