OC對象原理探究（下）—— isa的分析

前言：isa 是個很神奇的、很強大的、很低調的角色，她風裏來雨裏去，在iOS開發的過程當中曾經多少次出如今咱們的世界裏，悄無聲息、無怨無悔的爲咱們提供各類各樣的服務！假如你知道NSObject，那麼你就必定要知道isa，能夠說，她是一個對象的靈魂，若是沒有她，一切都將失去了顏色......

1、從對象的alloc探索isa

PS：友情連接

《OC對象原理探究（上）——對象的alloc》

《OC對象原理探究（下）—— 聯合體（共用體）與位域》

一、isa和對象alloc的關係

• 前面講過alloc的過程分析，涉及到對象的建立和關聯部分，以下源碼：

...
 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);
    }
...

複製代碼

涉及到對象的內存分配部分，追蹤核心代碼 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
    };
...
複製代碼

• 分析可知：isa的存儲結構爲聯合體結構，關於聯合體和位域，能夠查看關聯文章——《OC對象原理探究（下）—— 聯合體（共用體）與位域》

二、ISA_BITFIELD的定義

咱們在分析了OC對象的本質以後，知道了對象的內部，都至少存在一個isa成員變量，isa佔用的空間大小爲8字節，也就是8x8=64位。

若是咱們把這些空間都用於存放指針，那麼形成的空間浪費是巨大的。而類中除了指針，還可能有其餘的東西須要進行存儲，若是可以對這8字節空間進行一系列優化，就能夠節省不少的內存開銷。

• 類中與存儲相關的一個類型就是nonPointerIsa，涉及到存儲的變量信息主要有如下：

① 是否正在釋放？ ② 引用計數 ③ weak ④ map ⑤ 關聯對象 ⑥ 析構函數 存儲空間的釋放——>內部是C/C++的釋放

• 查看nonPointerIsa的相關定義：

# 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


複製代碼

在以上isa.h中定義了arm64架構下isa的類型，其中咱們關注ISA_BITFIELD的結構： 能夠看到，ISA_BITFIELD被定義爲位域的結構。

三、ISA_BITFIELD中不一樣位域的做用

0	0	0	0	0	0	0	0
7 ~ 0

① nonpointer:表示是否對 isa 指針開啓指針優化 0:純isa指針，1:不止是類對象地址,isa 中包含了類信息、對象的引用計數等 ② has_assoc:關聯對象標誌位，0沒有，1存在 ③ has_cxx_dtor:該對象是否有 C++ 或者 Objc 的析構器,若是有析構函數,則須要作析構邏輯, 若是沒有,則能夠更快的釋放對象。

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: 存儲類指針的值。開啓指針優化的狀況下，在 arm64 架構中有 33 位用來存儲類指針。

0	0	0	0	0	0	0	0
39 ~ 32

0	0	0	0	0	0	0	0
47 ~ 40

⑤ magic:用於調試器判斷當前對象是真的對象仍是沒有初始化的空間 ⑥ weakly_referenced:志對象是否被指向或者曾經指向一個 ARC 的弱變量，沒有弱引用的對象能夠更快釋放。 deallocating:標誌對象是否正在釋放內存 ⑦ has_sidetable_rc:當對象引用技術大於 10 時，則須要借用該變量存儲進位

0	0	0	0	0	0	0	0
56 ~ 48

0	0	0	0	0	0	0	0
64 ~ 57

extra_rc:當表示該對象的引用計數值，其實是引用計數值減 1， 例如，若是對象的引用計數爲 10，那麼 extra_rc 爲 9。若是引用計數大於 10， 則須要使用到下面的 has_sidetable_rc。

四、isa和class的關係

經過查看YTPerson類的內存， ① 獲取YTPerson對象地址：5 = 0x00000001000080e8 YTPerson ② 獲取到isa的地址 0x001d8001000080e9 ③ 用isa的地址和ISA_MASK進行&運算，獲得計算後的地址：6 = 0x00000001000080e8 ④ 對比 $5和$6的地址，發現關係：對象的地址 = isa的地址 & ISA_MASK

2、isa和class賦值過程

一、從class拿類的核心內容

• 從前面的分析，咱們得知，isa的類核心信息，都存在uintptr_t shiftcls之中，因而咱們能夠根據一個類的地址，經過位移運算，獲得cls的實際地址值。

# 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)

複製代碼

二、經過class獲取isa的值

• 過程分析

① 獲取YTPerson對象p的地址：0x001d8001000080e9

② 將p的地址左移 3 位，獲得$8 = 0x0003b0002000101d

③ 將 $8的地址右移20位，獲得$9 = 0x0002000101d00000

④ 將 $9的地址左移17位，獲得$10 = 0x00000001000080e8

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

文末總結：

一、一個類的核心信息，實際上存在於ISA_BITFIELD中，因爲位域公用一片內存的特色，能夠根據地址的偏移，去拿到存儲類信息的位域 shiftcls 的地址，也便是示例中YTPerson的isa地址。

二、類中的聯合體位域的存儲結構，優化了存儲空間，提高了運算能力，對有限的內存空間下的軟件開發，有着極其重要的意義！

本文是關於isa和class關係的分析，涉及到的聯合體位域的概念，若有疑問，請參照文章 —— 《OC對象原理探究（下）—— 聯合體（共用體）與位域》