OC 对象原理探索（三）：对象的本质 & isa
1. 联合体、位域
1.1 结构体
先看下面的代码：markdown
struct SSLCar {
BOOL front;
BOOL back;
BOOL left;
BOOL right;
}sslCar;
NSLog(@"sslCar：%lu",sizeof(sslCar));
打印结果：sslCar：4
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咱们看到一个SSLCar结构体是4个字节，也就是32位（0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000），而SSLCar结构体中4个BOOL值只须要4位（1111）就能够存储，这形成了很是大的空间浪费。架构
1.2 位域
经过位域指定每一个成员变量占1位：ide
struct SSLCar2 {
BOOL front: 1;
BOOL back : 1;
BOOL left : 1;
BOOL right: 1;
}sslCar2;
NSLog(@"sslCar2：%lu",sizeof(sslCar2));
打印结果：sslCar2：1
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此时内存空间已经获得了不错的优化。函数
1.3 联合体
建立联合体：post
union SSLPerson {
char *name;
int age;
};
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为联合体赋值，并打印：优化
经过打印结果，发现联合体只有后赋值的变量才有值。ui
1.4 结构体和联合体的区别
结构体(struct)中全部变量是“共存”的——优势是“有容乃大”，全面；缺点是struct内存空间的分配是粗放的，无论用不用，全分配。this
联合体(union)中是各变量是“互斥”的——缺点就是不够“包容”; 但优势是内存使用更为精细灵活，也节省了内存空间。atom
2. 对象本质
在main.m中添加以下代码：spa
@interface SSLPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *sslName;
@end
@implementation SSLPerson
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
}
return 0;
}
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经过clang命令编译main.m（更多clang信息点这里）：
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
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获得main.cpp文件，在main.cpp中咱们能够看到有关对象的信息：
typedef struct objc_class *Class; // 7658行
struct objc_object { // 7661 行
Class _Nonnull isa __attribute__((deprecated));
};
typedef struct objc_object *id; // 7666行
typedef struct objc_object SSLPerson; // 111788行
struct SSLPerson_IMPL { // 111793行
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
NSString *_sslName;
};
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由此咱们能够得出，对象是一个objc_object类型的结构体，内部有一个Class类型的isa指针。
打开源码，查看objc_object：
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
...
}
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3. isa 结构分析
咱们在 OC 对象原理探索（一） 中，提到过obj->initIsa(cls)，它的做用是将指针和类进行关联，下面咱们用源码进行详细的分析。
initIsa函数：
inline void
objc_object::initIsa(Class cls)
{
initIsa(cls, false, false);
}
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) {
ASSERT(!isTaggedPointer());
isa_t newisa(0); // isa初始化
if (!nonpointer) {
newisa.setClass(cls, this);//若是是纯指针 isa被直接cls赋值
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
# if ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
# endif
newisa.setClass(cls, this);
#endif
newisa.extra_rc = 1;
}
isa = newisa;
}
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点击查看isa_t;
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
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点击查看ISA_BITFIELD：
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t shiftcls : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 19
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 8
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
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看一下isa的内存分布图：
nonpointer：表示是否对isa指针开启指针优化。0:纯isa指针，1:不止是类对象地址，isa中包含了类信息、对象的引用计数等。has_assoc：关联对象标志位，0没有，1存在。has_cxx_dtor：该对象是否有C++或者Objc的析构器，若是有析构函数，则须要作析构逻辑, 若是没有，则能够更快的释放对象。shiftcls：存储类指针的值。开启指针优化的状况下，在arm64架构中有33位用来存储类指针。magic：用于调试器判断当前对象是真的对象仍是没有初始化的空间。weakly_referenced：标志对象是否被指向或者曾经指向一个ARC的弱变量，没有弱引用的对象能够更快释放。deallocating：标志对象是否正在释放内存。extra_rc：表示该对象的引用计数值，若是不够存储，has_sidetable_rc的值就会变为 1；has_sidetable_rc：若是为1，表明引用计数过大没法存储在isa中，那么超出的引用计数会存储在SideTable的RefCountMap中。因此，若是isa是nonpointer，则对象的引用计数存储在它的isa_t的extra_rc中以及SideTable的RefCountMap中。
总结：
isa分为nonpointer类型和非nonpointer类型。非nonpointer类型是一个纯指针，nonpointer类型还包含了引用计数、关联对象等信息。isa采用联合体+位域的方式存储信息。由于在iOS中万物皆对象，对象中都用到了isa，这样能够大大的节省内存空间。
4. isa 关联类
先建立一个SSLperson类，初始化[SSLPerson alloc]，在initIsa函数中断点调试：
如上图，建立了一个联合体newisa，里边的变量目前都是0，没有赋值。
继续向下运行：
如上图，newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE，ISA_MAGIC_VALUE是一个宏 =0x001d800000000001。被赋值的变量有bits=8303511812964353，cls=0x001d800000000001，nonpointer=1，magic=59。转化成二进制表示：
0x001d800000000001=8303511812964353，它们的二进制表示相同。nonpointer的二进制表示是1，magic的二进制表示是111011，它们包含在bits的二进制表示中。
断点进入setClass：
- 这里，
isa和SSLPerson类进行了关联。 - 目前是
nonpointer，因此并不会给cls赋值。 SSLPerson的类地址>>3进行10进制转换，而后赋值给shiftcls。- 为何要右移
3位呢，由于shiftcls在isa中是从第四位开始存储的，这样isa & ISA_MASK才能获得准确的类地址。
- 为何要右移
继续向下运行：
shiftcls，extra_rc也被成功赋值。- 这里我一直有个疑惑
cls明明没有被赋值，为何倒是SSLPerson呢，并且联合体也应该会把cls覆盖掉才对，因此我后期有作了一个调试：- 打印了
cls的值，它确实是整个isa的值，至于为何显示SSLPerson，应该是系统作了处理。
到此，isa和类关联的探索基本完成，之后若有更深刻理解会持续更新。