這次探索源于一個朋友問的問題，當我們定義一個類的實例變量的時候，可以指定其修飾符：

@interface Sark : NSObject { 
__strong id _gayFriend; // 無修飾符的對象默認會加 __strong 
__weak id _girlFriend; 
__unsafe_unretained id _company; 
} 
@end 

這使得 ivar (instance variable) 可以像屬性一樣在 ARC 下進行正確的引用計數管理。

那么問題來了，假如這個類是動態生成的：

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); 

該如何像上面一樣來添加 ivar 的屬性修飾符呢？

刨根問底了一下，發現 ivar 的修飾信息存放在了 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; // <- 記錄了哪些是 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; // <- 記錄了哪些是 weak 的 ivar 
const property_list_t *baseProperties; 
}; 

ivarLayout 和 weakIvarLayout 分別記錄了哪些 ivar 是 strong 或是 weak，都未記錄的就是基本類型和 __unsafe_unretained 的對象類型。

這兩個值可以通過 runtime 提供的幾個 API 來訪問：

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) 

但我們幾乎沒可能用到這幾個 API，IvarLayout 的值由 runtime 確定，沒必要關心它的存在，但為了解決上述問題，我們試著破解了 IvarLayout 的編碼方式。

舉個例子說明，若類定義為：

@interface Foo : NSObject { 
__strong id ivar0; 
__weak id ivar1; 
__weak id ivar2; 
} 
@end 

則儲存 strong ivar 的 ivarLayout 的值為 0x012000

儲存 weak ivar 的 weakIvarLayout 的值為 0x1200

一個 uint8_t 在 16 進制下是兩位，所以編碼的值每兩位一對兒，以上面的 ivarLayout 為例：

前兩位 01 表示有 0 個非 strong 對象和 1 個 strong 對象

之后兩位 20 表示有 2 個非 strong 對象和 0 個 strong 對象

***兩位 00 為結束符，就像 cstring 的 \0 一樣

同理，上面的 weakIvarLayout：

前兩位 12 表示有 1 個非 weak 對象和接下來連續 2 個 weak 對象

00 結束符

這樣，用兩個 layout 編碼值就可以排查出一個 ivar 是屬于 strong 還是 weak 的，若都沒有找到，就說明這個對象是 unsafe_unretained.

做個練習，若類定義為：

@interface Bar : NSObject { 
__weak id ivar0; 
__strong id ivar1; 
__unsafe_unretained id ivar2; 
__weak id ivar3; 
__strong id ivar4; 
} 
@end 

則儲存 strong ivar 的 ivarLayout 的值為 0x012100

儲存 weak ivar 的 weakIvarLayout 的值為 0x01211000

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); 

本以為解決了這個問題，但是 runtime 繼續打臉，strong 和 weak 的內存管理并沒有生效，繼續研究發現， class 的 flags 中有一個標記位記錄這個類是否 ARC，正常編譯的類，且標識了 -fobjc-arc flag 時，這個標記位為 1，而動態創建的類并沒有設置它。所以只能繼續黑魔法，運行時把這個標記位設置上，探索過程不贅述了，實現如下：
 

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 1flags |= RO_IS_ARR; 
} 

把這個 fixup 放在 objc_registerClassPair(class); 之后，這個動態的類終于可以像靜態編譯的類一樣操作 ivar 了，可以測試一下：

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 在這里會釋放大括號內的 girl，boy 
// 輸出：weakIvar 為 nil，strongIvar 有值 
NSLog(@"%@, %@", object_getIvar(sark, weakIvar), object_getIvar(sark, strongIvar)); 

Done.