OC底层探索06-isa本身藏了多少信息你知道吗？

一直都说类最终都会编译为struct，可是怎么验证呢？编译后的结构体内部都会有些什么东西呢？

查看Clang编译文件

//Clang默认依赖Foundation库
//当前目录下：把目标文件编译成c++文件.pp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

//编译目标文件内有UIKit等其他库需要导入依赖，
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/ iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m

//使用`xcode`安装安装的`xcrun`命令
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp (真机)

运行命令后，打开main.cpp。好长好长，但是无所谓我们关注的是：

1. 类编译后是什么？
2. 类里都有些什么？

• 看到struct进一步验证了类是一个结构体。（之struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS前，文章中提到类是继承结构体objc_object万物之源）
• 结构体内部除了有struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS，成员变量：HRTestName
  • 检查编译文件中所有的类都会有NSObject_IMPL这个参数，那它一定就是isa没跑了。
  • 成员变量编译之后和类放在一起，而属性编译后并不是变量而是以get,set方法的形式存在。

联合体、位域

联合体

因为在isa使用了一种位域技术，来保存内部信息，这里简单介绍一下联合体、位域

联合体(union):各变量是“互斥”的,同时只能有一个变量有值。优点是内存使用更为精细灵活，也节省了内存空间。C语言共用体详解

位域

如果有一个需求，需要能表达东南西北四个方向。第一想到的就是创建4个Bool值来进行控制，可是4个Bool需要:4个字节。
现在需求变了，需要还能表达东南,西南,西北,东北，继续创建Bool来控制吗？而且太笨了。。。

如果通过这样一个结构来描述呢？

//伪代码
方向{
    东 1 >> 0    //0001  
    南 1 >> 1    //0010
    西 1 >> 2    //0100
    北 1 >> 3    //1000
}

东：0001， 南：0010，西：0100，北：1000
东南：0011，西南：0110，西北：1100，东北：1001
只需要使用半个字节-4位就可以清楚描述这些信息。

这就是位域技术：通过位运算，将每一位都放入信息。

isa指针

在OC底层探索03一文中的alloc创建步骤3initInstanceIsa中提到了isa值的创建。通过查看iSA值的创建过程找到我们想要的答案。

//isa的类型
union isa_t {
    isa_t() { }
    
    Class cls;
    uintptr_t bits; //自定义类信息会存在这里
    
    struct {
        // isa值的内容
        ISA_BITFIELD;
    };
};

inline void objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
        ...
        //只放出核心代码
        isa_t newisa(0);
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
        isa = newisa;
}

使用ISA_BITFIELD对isa的值进行了约定。

Style_月月-简书

根据位域的知识，再来看这幅图中的结构，有木有豁然开朗。

从上至下，对应二进制的从低位到高位。每一位都存满了各种类的信息。

需要的注意shiftcls这个位置，这个位置存储的就是类的信息，就是通过这个位置的信息，将isa和类建立了联系。
现在知道了isa中都有些什么信息。可是口说无凭，下面就来验证一下。

isa指针信息的LLDB验证

0x001d8001000033bd这个值就是isa。但是需要特别注意的是这个值并不是指针地址，它就是一个十六进制的值。这个点对本文的理解很重要。

lldb调试的一些常用命令

p 输出基本类型
p/t 输出二进制
p/x 输出十六进制
po 调用基本的description方法
x 打印十六进制地址
x/4gx 将十六进制分组方便观察，并打印4组

只要能通过lldb的调试从isa中找到类的信息，就可以验证之前的结论。

• 这是当前类的指针.
• 注意标红位置：这个末尾指针是有规律的，后3位永远都是0.（这个是通过多次试验得出，如果有问题或者知道如何验证，希望不吝赐教）需要注意isa结构中类的信息是从第4位开始的，只要将isa的后3位改为0就可以直接得到类信息，所以在保存的时候需要将类指针进行位移(uintptr_t)cls >> 3；这种设计太巧妙了！！！

验证方法一

根据对ISA_BITFIELD的观察，shiftcls前有3位，后有17位。将这些位置都置为0，就可以得到isa中类的信息

验证方法一

这就是一个简单的位移运算，如果不明白自己动手试一下就知道了。

验证方法二

想要将这些位置改为0，当然也可以使用&运算

//__arm64__
define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
//__x86_64__
define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL

这就是apple提供的掩码。也被称为isa的面具。

验证方法二

验证过程相对简单，这种方式也比较常用。

总结

apple工程师使用了位域的技术，在isa中保存了类的很多信息。这也是一种对于内存的优化。当然类里的其他信息-方法、属性，会在下文中进行解释。

再一次感叹apple工程师的强大，致敬！！！