iOS底层原理-005 isa
我们知道OC对象都是结构体。那怎么验证呢
生成cpp文件验证
创建一个工程，创建一个Person类
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,strong)NSString *PersonName;
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
NSLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
编译cpp文件的方法
1、clang clang -rewrite-objc xxx.m -o xxx.cpp
2、clang 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 xxx.m
3、xcrun xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 xxx.m
struct NSPersonNameComponents_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
NSString * _PersonName;
};
可以看到在底层PersonName变异成了结构体类型。验证成功
isa
在探索alloc中已经知道obj->initInstanceIsa函数是在开辟空间后需要把开辟的空间和相关的类进行绑定，那么指针和类是怎么关联的呢？isa到底是什么结构？保存了什么信息？下面来一一解惑。
源码跟进到关联步骤
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);
}
跟进obj->initInstanceIsa后有一个函数是initIsa
跟进initIsa源码
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
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
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
在SUPPORT_INDEXED_ISA阶段就是cls和hasCxxDtor的关联
那么出现的newisa.bits，newisa.has_cxx_dtor，newisa.indexcls ,magic,nonpointer，shiftcls这些都是什么呢，继续跟进isa
isa定义
跟进 isa = isa_t((uintptr_t)cls);
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
};
1、可以看到isa是一个联合体union，包含成员cls, bits, 还有一个struct。联合体位域可以通过联合体位域了解
2、cls是一个结构体指针
typedef struct objc_class *Class;
3、 bits是 unsigned long
typedef unsigned long uintptr_t;
4、这里ISA_BITFIELD就是一个位域，它有两个版本，分别对应arm64和x86_64，即iOS和macOS：
# 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
以arm64（真机）为例 isa存储的信息
-
nonpointer（存储在第0位）: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（存储在第1位）:关联对象标志位，0没有，1存在。 -
has_cxx_dtor（存储在第2位）:表示该对象是否有 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（存储在第3-35位）: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（存储在第36-41位）: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（存储在第42位）:对象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（存储在第43位）:标志对象是否正在释放内存。 -
has_sidetable_rc（存储在第44位）: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（存储在第45-63位）: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。 -
联合体采用内存覆盖机制，只有一块变量存储区，只能存一个变量的值，新的成员赋值会把原本存储的成员信息替换掉。也就是Class cls和uintptr_t bits只能set赋值其中一个。而内存使用的精细灵活，体现在以位域（即二进制中每一位均可表示不同的信息）存储成员数据，也就是以计算机二进制存储的方式，位bit为单位，用1和0标记数据，数据的尺寸大小是以占用多少bit，而不是以每个数据成员数据类型的尺寸大小（多少字节byte）存储。isa的bits占用的内存大小是8字节，即64位，可以存储足够多的信息，很大节省了内存。
图示
isa64情况
这样就验证了objc_object::initIsa中的关联属性。都是在于isa内部的信息进行绑定。
验证
- 和alloc一样，我们在main.m中初始化MuPerson。由alloc-> _objc_rootAlloc -> callAlloc -> _objc_rootAllocWithZone > _class_createInstanceFromZone > initInstanceIsa > initIsa 到上面这份核心代码，打上断点，开始调试，我们来看系统是如何对isa的成员赋值。
- 初始化isa指针，这里依据nonpointer来分别通过cls和bits对isa初始化，也从侧面验证了cls和bits互斥的原则，不能同时setter。
-
断点过isa_t newisa(0)，对isa初始化，到bits赋值之前，我们通过p打印newisa结果如下
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断点过newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE，对bits赋值之后，我们通过p打印newisa结果如下
-
点到isa = newisa，对isa赋值之后，我们通过p打印newisa结果如下
-
三次断点p打印的newisa结果做下对比如下
- 通过几次断点，可以看到isa中的成员是如何赋值
总结
1、oc对象利用isa变量存储类对象指针
2、每一个对象都有isa指针。
3、 isa是一个union类型，利用了结构体位域技术，定义了多个数据段，除了class指针还存储额外信息，提高了空间利用率。
