OC對象探究03：isa 解析

提前準(zhǔn)備

為了探究對象在底層的實現(xiàn)方式，此次使用clang來進(jìn)行探究。相關(guān)語句clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp ，在終端中進(jìn)入工程目錄main.m所在的路徑中，執(zhí)行上面的語句蝶防，就會生成一個main.cpp的C++文件，該文件就是main.m文件的底層實現(xiàn)方式明吩。

main.cpp探究

通過clang之后的main.cpp 文件可以看到如下代碼：

struct YKPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *_name;
};

可以看出我們創(chuàng)建的YKPerson類在底部被編譯成了YKPerson_IMPL的結(jié)構(gòu)體间学，name屬性成為結(jié)構(gòu)體的屬性。所以我們可以得到第一個結(jié)論印荔，對象在底層被編譯成了結(jié)構(gòu)體低葫，對象在底層是以結(jié)構(gòu)體的形式存在，而NSObject_ IVARS是在內(nèi)部默認(rèn)全部都有的屬性isa仍律。

聯(lián)合體位域

在日常開發(fā)中少不了在類中聲明一些布爾或其他類型的屬性用于判斷嘿悬。為了更高的利用內(nèi)存，我們可以合理使用聯(lián)合體位域的方式來減少對內(nèi)存的占用水泉。

@property (nonatomic, assign) BOOL front;
@property (nonatomic, assign) BOOL back;
@property (nonatomic, assign) BOOL left;
@property (nonatomic, assign) BOOL right;

union {
    char bits;
    struct {
          char front : 1;
          char back  : 2;
          char left  : 3;
          char right : 4;
    }
} _direction;

例如以上代碼善涨，日常開發(fā)中一般會使用第一段代碼聲明(front,back,left,right)四個屬性來做相應(yīng)的方向判斷，并且在相應(yīng)的setter草则，getter方法中進(jìn)行相應(yīng)的操作钢拧，因為BOOL類型是4字節(jié)類型，所以它們需要占用4*4 = 16字節(jié) = 128位炕横，只是為了做一個方向判斷時源内，這個內(nèi)存占用量其實也是不少的。所以這個時候我們可以用到聯(lián)合體位域 看锉。
在第二段代碼中姿锭，因為char類型的數(shù)據(jù)為1字節(jié)，所以總共占用了5字節(jié)伯铣。每一個屬性后面的數(shù)字代表的是所在的位置（例如：0000 1111，第一位代表front轮纫，第二位代表back腔寡，第三位代表3，第四位代表right）掌唾。使用聯(lián)合體位域時需要配合相應(yīng)的方法來對聯(lián)合體位域中的屬性進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置放前。

結(jié)構(gòu)體
優(yōu)點：所有的變量是“共存”的忿磅，全面；
缺點：struct內(nèi)存空間的分配是粗放的凭语，不管用不用葱她，全分配。
聯(lián)合體
優(yōu)點：各個變量是“互斥”的似扔，內(nèi)存使用更為精細(xì)靈活吨些，節(jié)省了內(nèi)存空間；
缺點：不夠“包容”

isa分析

之前我們已經(jīng)分析了對象在alloc時調(diào)用instanceSize計算內(nèi)存空間炒辉，calloc像系統(tǒng)申請內(nèi)存豪墅，接下來就是講開辟的內(nèi)存與對象類進(jìn)行關(guān)聯(lián)。通過源碼分析黔寇，調(diào)用initInstanceIsa后在方法initIsa中進(jìn)行處理偶器，因此initIsa為核心方法。在該方法中主要是對isa的賦值操作,接下來對該方法做主要分析缝裤。屬性isa 為isa_t類型屏轰，在該方法中對聯(lián)合體isa_t isa中的相關(guān)屬性進(jìn)行了一些賦值操作。

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
}

以上為聯(lián)合體isa_t的定義憋飞，屬性cls與bits 互斥亭枷，只有當(dāng)nonpointer不存在時cls才會被賦值，當(dāng)nonpointer存在時搀崭，講給bit賦值一個宏定義的ISA_INDEX_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL叨粘。重點在ISA_BITFIELD，以下是以x86架構(gòu)下的關(guān)于相關(guān)定義瘤睹，并對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行解讀升敲。

# 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)

nonpointer ：表示是否對isa指針開啟指針優(yōu)化，0：純isa指針轰传，1：不止是類對象地址驴党，isa包含了類信息、對象的引用計數(shù)等
has_assoc : 關(guān)聯(lián)對象標(biāo)志位获茬，0沒有港庄，1存在
has_cxx_dtor : 該對象是否有C++或者OBJC的析構(gòu)器，如果有析構(gòu)函數(shù)恕曲，則需要做析構(gòu)邏輯鹏氧，如果沒有，則可以更快的釋放對象
shiftcls ：在x86架構(gòu)下占用44位內(nèi)存佩谣。存儲類指針的值把还。開啟指針優(yōu)化的情況下，arm64架構(gòu)下占用33位內(nèi)存。
magic：用于調(diào)試器判斷當(dāng)前對象是真的對象還是沒有初始化的空間吊履。
weakly_referenced ：指對象是否被指向或者曾經(jīng)指向一個ARC的弱變量安皱，沒有弱引用的對象可以更快釋放。
deallocating：標(biāo)志對象是否正在釋放內(nèi)存艇炎。
has_sidetable_rc ：當(dāng)對象引用計數(shù)大于10時酌伊，則需要借用該變量存儲進(jìn)位。
extra_rc：當(dāng)表示該對象的引用計數(shù)時缀踪，實際上是引用計數(shù)值減1居砖，例如，如果對象的引用計數(shù)為10辜贵，那么extra_rc為9.如果引用計數(shù)大于10悯蝉，則需要使用到上面的has_sidetable_rc。

LGPerson.png

在之前的文章中講到對象調(diào)用alloc時托慨，在_class_createInstanceFromZone 中與類進(jìn)行關(guān)聯(lián)鼻由，通過調(diào)試obj為返回結(jié)果，0x001d8001000020f1為isa厚棵，我們將isa 進(jìn)行位移計算蕉世，目的是得到isa_t 中的shiftcls，再以16進(jìn)制打印傳入的cls時我們發(fā)現(xiàn)此時的shiftcls就是我們的類婆硬，代表此時我們自定義的類已經(jīng)被系統(tǒng)關(guān)聯(lián)狠轻，并初始化了內(nèi)存空間。

拓展（clang）

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 把目標(biāo)文件編譯成c++文件
UIKit報錯問題
- clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platfroms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m 通過找到當(dāng)前版本Xcode下對應(yīng)的SDK來進(jìn)行生成彬犯，一般在頭文件中包含UIKit時出現(xiàn)該問題
xcode安裝的時候順帶安裝了xcrun命令向楼，xcrun命令在clang的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些封裝，要更好用一些
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (模擬器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp (手機(jī))

結(jié)論

從以上可以得到在調(diào)用initIsa時是將系統(tǒng)為類創(chuàng)建的內(nèi)存以及設(shè)置一些類的信息并與當(dāng)前類進(jìn)行關(guān)聯(lián)谐区。所以在isa 中保存了類的所有信息湖蜕。