iOS 底层原理 - isa原理
isa初始化
isa的结构
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
};
从而可以看出isa是一个联合体，一种数据类型，所占用8个字节。它的特性：内存共用，或者说带有互斥特性，意思就是赋值了cls，就不对其他成员赋值了。其中ISA_BITFIELD是一个宏定义，是一个位域，它定义的结构如下
#if SUPPORT_PACKED_ISA
// extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags)
// nonpointer must be the LSB (fixme or get rid of it)
// shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would
// bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1
// RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range)
// future expansion:
// uintptr_t fast_rr : 1; // no r/r overrides
// uintptr_t lock : 2; // lock for atomic property, @synch
// uintptr_t extraBytes : 1; // allocated with extra bytes
# 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)
# else
# error unknown architecture for packed isa
# endif
// SUPPORT_PACKED_ISA
#endif
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
# if __ARM_ARCH_7K__ >= 2 || (__arm64__ && !__LP64__)
// armv7k or arm64_32
# define ISA_INDEX_IS_NPI_BIT 0
# define ISA_INDEX_IS_NPI_MASK 0x00000001
# define ISA_INDEX_MASK 0x0001FFFC
# define ISA_INDEX_SHIFT 2
# define ISA_INDEX_BITS 15
# define ISA_INDEX_COUNT (1 << ISA_INDEX_BITS)
# define ISA_INDEX_MAGIC_MASK 0x001E0001
# define ISA_INDEX_MAGIC_VALUE 0x001C0001
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t indexcls : 15; \
uintptr_t magic : 4; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 7
# define RC_ONE (1ULL<<25)
# define RC_HALF (1ULL<<6)
# else
# error unknown architecture for indexed isa
# endif
// SUPPORT_INDEXED_ISA
#endif
isa arm64参数详解：
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,如果有析构函数,则需要做析构逻辑, 如果没有,则可以更快的释放对象
shiftcls:
存储类指针的值。开启指针优化的情况下，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还是没有初始化的空间 weakly_referenced:志对象是否被指向或者曾经指向一个 ARC 的弱变量，
没有弱引用的对象可以更快释放。 deallocating:标志对象是否正在释放内存
has_sidetable_rc:当对象引用技术大于 10 时，则需要借用该变量存储进位
extra_rc:当表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减 1， 例如，如果对象的引用计数为 10，那么 extra_rc 为 9。如果引用计数大于 10， 则需要使用到下面的 has_sidetable_rc。
isa的指向分析
- 对象与类的关联
LGPerson *object = [LGPerson alloc];
简单介绍一下lldb命令
x/4gx objc打印objc的4段内存信息。扩展：x/6gx就是打印6段内存信息。
p/tp/t 打印二进制信息；p/o打印八进制信息；p/x打印十六进制信息；p/d打印十进制信息，这里打印4段内存信息，对象的第一个属性必然是isa，因为是继承自NSObject,
@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
回归正题，通过 object_getClass(object);找出关联信息
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
objc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();
uintptr_t ptr = (uintptr_t)this;
if (isExtTaggedPointer()) {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
return objc_tag_ext_classes[slot];
} else {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
return objc_tag_classes[slot];
}
}
inline Class
objc_object::ISA()
{
assert(!isTaggedPointer());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
if (isa.nonpointer) {
uintptr_t slot = isa.indexcls;
return classForIndex((unsigned)slot);
}
return (Class)isa.bits;
#else
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}
从源码分析可以看出来最后返回的class是 (Class)(isa.bits & ISA_MASK)的结果，然后开始验证，如下，从而验证了isa指向了类：
屏幕快照 2020-02-09 下午2.50.55.png
分析类对象内存存在个数
我们知道对象可以创建多个，那个类呢，是否可以创建多个呢，现在验证一下：
Class class1 = [LGPerson class];
Class class2 = [LGPerson alloc].class;
Class class3 = object_getClass([LGPerson alloc]);
Class class4 = [LGPerson alloc].class;
NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p-\n%p",class1,class2,class3,class4);
输出结果为
2020-02-10 00:27:37.559203+0800 001-对象isa[7942:604270]
0x100002400-
0x100002400-
0x100002400-
0x100002400
证明类只能创建一个，在内存里面只有一份
isa 走位 & 继承关系
通过上面的分析可以看出isa从对象指向类，然后根据isa的走位图来继续分析
isa流程图.png
虚线代表了isa的走位。实例对象->类->元类->根元类->根根元类(根元类本身)。
实线代表了继承关系。这里值得注意的就是根元类的父类是NSObject，NSObject父类是nil。
开始验证：
1.isa从对象指向类
XDPerson *person = [XDPerson alloc];
(lldb) x/4gx person
0x10185eac0: 0x001d8001000011a9 0x0000000000000000
0x10185ead0: 0x000000010185eba0 0x000000010185ede0
(lldb) p/x 0x001d8001000011a9 & 0x0000000ffffffff8
(long) $1 = 0x00000001000011a8
(lldb) po $1
XDPerson
2.isa从类指向元类
(lldb) x/4gx $1
0x1000011a8: 0x001d800100001181 0x00000001000011f8
0x1000011b8: 0x00000001003a1e50 0x0000000000000000
(lldb) p/x 0x001d800100001181 & 0x0000000ffffffff8
(long) $2 = 0x0000000100001180
(lldb) po $2
XDPerson
我们打印类XDPerson的内存信息，通过类的isa&ISA_MASK获取到了另外一个类的信息。即isa从类XDPerson又指向了类XDPerson（其实这个类是我们XDPerson的metaClass元类，它与第一步的XDPerson的内存地址并不同）。
3.isa从元类指向根元类
(lldb) x/4gx $2
0x100001180: 0x001d800100aff0f1 0x00000001000011d0
0x100001190: 0x0000000101e142b0 0x0000000100000007
(lldb) p/x 0x001d800100aff0f1 & 0x0000000ffffffff8
(long) $3 = 0x0000000100aff0f0
(lldb) po $3
NSObject
我们打印元类XDPerson的内存信息 通过元类的isa & ISA_MASK 获取到了另外一个元类类NSObject的信息。即isa从元类XDPerson又指向了元类NSObject。这里我们可以来打印NSObjcr.class来观察，元类NSObject的内存地址NSObjcr.class的内存地址并不同。
4.isa从根元类指向根根元类
(lldb) x/4gx $3
0x100aff0f0: 0x001d800100aff0f1 0x0000000100aff140
0x100aff100: 0x0000000101e146e0 0x0000000300000007
(lldb) p/x 0x001d800100aff0f1 & 0x0000000ffffffff8
(long) $4 = 0x0000000100aff0f0
(lldb) po $4
NSObject
这里补充一下几个概念
对象 是程序员根据类实例化出来的
类 是代码写出来的，内存中只有一份，是系统创建的
元类 是系统编译的，发现有了这么一个类 - 系统也同时创建了
方法 是编译阶段产生的
