iOS底层原理探索—isa与类的关联
2021-05-06 本文已影响0人
十年开发初学者
今天来分析下alloc中的3个核心中的initInstanceIsa方法（将内存地址与cls绑定），首先我们先了解下联合体
联合体（union）
构造数据类型的方式由两种
- 结构体（struct）
- 结构体是把不同的数据组合成一个整体，里面所有的变量是共存的，所有的变量都会分配内存
- 假设结构体中有多个变量，但是只用到了其中一个，会造成内存的浪费
- 但是结构体 容量大、包容性强，不会影响其他的变量
- 结构体的内存是大于等于所有变量之和的（变量之间可能有间隙）
- 联合体 （union）
-联合体也是由不同的数据类型组成，但其所有变量之间是互斥的，所有的变量占用同一段内存。同一时刻只能保存一个成员的值，对新成员赋值，就会将原来成员的值覆盖- 所有成员共用一段内存，不会造成内存的浪费
- 与结构体相反，联合体的包容性差
- 联合体的内存，是其最大内存成员的值
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
};
上面代码是isa的指针类型isa_t，该类型也是由联合体来定义的，这里使用联合体主要还是考虑到内存优化。这里的内存优化是指isa指针通过char + 位域（二进制中的每一位均可表示不同的信息）的原理来实现，isa指针大小为8字节，即64位，这64位足以存放类的信息了
由以上代码可以发现，里面有一个结构体，而这个结构体中的内容如下
# 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; \ //是否对isa指针开启优化
uintptr_t has_assoc : 1; \ //是否有关联对象
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \//是否有 c++相关实现
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \ //存储类信息
uintptr_t magic : 6; \ // 判断对象是真对象还是未初始化空间
uintptr_t weakly_referenced : 1; \ //是否被指像或者曾经被指向一个弱变量
uintptr_t deallocating : 1; \ //是否正在被释放内存
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \ //是否有外挂的三列表
uintptr_t extra_rc : 8 //额外的引用计数
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
这代码中分为两种架构，一种是arm64即ios真机或者是M1芯片的模拟器，另一种是x86 即：非M1芯片的模拟器。其中: 后面的数字代表占用几位，像shiftcls在arm64中占用33位，在x86中占用44位
探索
- 首先进入
initInstanceIsa函数中
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
- 然后进入
initIsa函数中
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
// bits 赋值为 0x001d800000000001
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
}
image.png
image.png
- 根据以上两个断点，在给
newisa.bits设置了ISA_MAGIC_VALUE x86下为0x001d800000000001ULL
image.png
由上图可知，ISA_MAGIC_VALUE为cls的地址,并且lldb中打印发现与bits的值相同，由此我们断定newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;是同时给bits与cls（默认值）赋值
image.png
当执行到newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;这行代码时，发现newisa中的cls与shiftcls发生了变化。也就是这一步完成了指针与内存地址的绑定。
image.png
cls是LGperson类shiftcls中本来存放的就是类信息
至于shiftcls为什么需要右移3位
- 是因为
shiftcls处于isa指针地址的中间部分，前面还有3个位域，为了不影响前面3个位域的数据，需要右移将其抹零
