OC对象原理探究（下）—— isa的分析

前言：isa 是个很神奇的、很强大的、很低调的角色，她风里来雨里去，在iOS开发的过程当中曾经多少次出如今咱们的世界里，悄无声息、无怨无悔的为咱们提供各类各样的服务！假如你知道NSObject，那么你就必定要知道isa，能够说，她是一个对象的灵魂，若是没有她，一切都将失去了颜色......

1、从对象的alloc探索isa

PS：友情连接

《OC对象原理探究（上）——对象的alloc》

《OC对象原理探究（下）—— 联合体（共用体）与位域》

一、isa和对象alloc的关系

• 前面讲过alloc的过程分析，涉及到对象的建立和关联部分，以下源码：

...
 if (!zone && fast) {
        obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
    } else {
        // Use raw pointer isa on the assumption that they might be
        // doing something weird with the zone or RR.
        obj->initIsa(cls);
    }
...

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涉及到对象的内存分配部分，追踪核心代码 obj->initIsa(cls)。

...
union isa_t {
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    uintptr_t bits;

private:
  
    Class cls;

...
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
...
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• 分析可知：isa的存储结构为联合体结构，关于联合体和位域，能够查看关联文章——《OC对象原理探究（下）—— 联合体（共用体）与位域》

二、ISA_BITFIELD的定义

咱们在分析了OC对象的本质以后，知道了对象的内部，都至少存在一个isa成员变量，isa占用的空间大小为8字节，也就是8x8=64位。

若是咱们把这些空间都用于存放指针，那么形成的空间浪费是巨大的。而类中除了指针，还可能有其余的东西须要进行存储，若是可以对这8字节空间进行一系列优化，就能够节省不少的内存开销。

• 类中与存储相关的一个类型就是nonPointerIsa，涉及到存储的变量信息主要有如下：

① 是否正在释放？ ② 引用计数 ③ weak ④ map ⑤ 关联对象 ⑥ 析构函数 存储空间的释放——>内部是C/C++的释放

• 查看nonPointerIsa的相关定义：

# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
# define ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT 1
# 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 unused            : 1;                                       \
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                       \
        uintptr_t extra_rc          : 19
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
# endif


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在以上isa.h中定义了arm64架构下isa的类型，其中咱们关注ISA_BITFIELD的结构： 能够看到，ISA_BITFIELD被定义为位域的结构。

三、ISA_BITFIELD中不一样位域的做用

0	0	0	0	0	0	0	0
7 ~ 0

① 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 ② has_assoc:关联对象标志位，0没有，1存在 ③ 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。

0	0	0	0	0	0	0	0
15 ~ 8

0	0	0	0	0	0	0	0
23 ~ 16

0	0	0	0	0	0	0	0
31 ~ 24

④ 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。

0	0	0	0	0	0	0	0
39 ~ 32

0	0	0	0	0	0	0	0
47 ~ 40

⑤ 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 ⑥ weakly_referenced: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 ⑦ has_sidetable_rc:当对象引用技术大于 10 时，则须要借用该变量存储进位

0	0	0	0	0	0	0	0
56 ~ 48

0	0	0	0	0	0	0	0
64 ~ 57

extra_rc:当表示该对象的引用计数值，其实是引用计数值减 1， 例如，若是对象的引用计数为 10，那么 extra_rc 为 9。若是引用计数大于 10， 则须要使用到下面的 has_sidetable_rc。

四、isa和class的关系

经过查看YTPerson类的内存， ① 获取YTPerson对象地址：5 = 0x00000001000080e8 YTPerson ② 获取到isa的地址 0x001d8001000080e9 ③ 用isa的地址和ISA_MASK进行&运算，获得计算后的地址：6 = 0x00000001000080e8 ④ 对比 $5和$6的地址，发现关系：对象的地址 = isa的地址 & ISA_MASK

2、isa和class赋值过程

一、从class拿类的核心内容

• 从前面的分析，咱们得知，isa的类核心信息，都存在uintptr_t shiftcls之中，因而咱们能够根据一个类的地址，经过位移运算，获得cls的实际地址值。

# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
# define ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT 1
# 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 unused : 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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二、经过class获取isa的值

• 过程分析

① 获取YTPerson对象p的地址：0x001d8001000080e9

② 将p的地址左移 3 位，获得$8 = 0x0003b0002000101d

③ 将 $8的地址右移20位，获得$9 = 0x0002000101d00000

④ 将 $9的地址左移17位，获得$10 = 0x00000001000080e8

⑤ 查看YTPerson的地址 $11 = 0x00000001000080e8 =$10

文末总结：

一、一个类的核心信息，实际上存在于ISA_BITFIELD中，因为位域公用一片内存的特色，能够根据地址的偏移，去拿到存储类信息的位域 shiftcls 的地址，也便是示例中YTPerson的isa地址。

二、类中的联合体位域的存储结构，优化了存储空间，提高了运算能力，对有限的内存空间下的软件开发，有着极其重要的意义！

本文是关于isa和class关系的分析，涉及到的联合体位域的概念，若有疑问，请参照文章 —— 《OC对象原理探究（下）—— 联合体（共用体）与位域》