OC對(duì)象（一）-- alloc和init底層到底在干嘛
OC對(duì)象（二）-- 內(nèi)存對(duì)齊和calloc中的16字節(jié)對(duì)齊
OC對(duì)象（三）-- isa結(jié)構(gòu)分析

開(kāi)場(chǎng)白

本文主要講解isa結(jié)構(gòu)和isa的賦值過(guò)程

1割坠、isa

實(shí)例對(duì)象在內(nèi)存中首地址就是isa舌狗，其實(shí)就是用來(lái)表示對(duì)象的類(lèi)是誰(shuí)。

DZPerson *obj = [[DZPerson alloc] init];
obj.name = @"DZ";
NSLog(@"%@", obj.name);

通過(guò)lldb打印obj的內(nèi)存情況：

通過(guò)調(diào)試收叶，po一下obj首地址中的第一個(gè)值是DZPerson膝晾。說(shuō)明isa中存儲(chǔ)著實(shí)例對(duì)象對(duì)應(yīng)的歸宿類(lèi)赏迟。

2约素、isa結(jié)構(gòu)

通過(guò)objc源碼查看isa是一個(gè)union位域的形式，源碼如下：

union isa_t {
    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD) //ISA_BITFIELD存在
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

條件編譯命令中的ISA_BITFIELD是存在的贝攒，所以后面的代碼是會(huì)被編譯進(jìn)去的盗誊。接下來(lái)看看ISA_BITFIELD是如何定義的

# 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)

• 這里使用條件編譯命令區(qū)分__arm64__代表iOS。__x86_64__代表MAC
• ISA_MASK：掩碼隘弊，用于直接獲取isa中類(lèi)信息的哈踱。也就是通過(guò)掩碼可以直接得到shiftcls
• nonpointer：表示是否對(duì)isa指針開(kāi)啟指針優(yōu)化
  • 0：isa就是一個(gè)指針
  • 1：isa不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的指針，里面還包含了類(lèi)信息长捧，引用計(jì)數(shù)等等信息嚣鄙。通常自定義的類(lèi)實(shí)例對(duì)象都是這個(gè)類(lèi)型。
• has_assoc：是否有關(guān)聯(lián)對(duì)象
• has_cxx_dtor：是否有c++或Objc析構(gòu)器
• shiftcls：存儲(chǔ)類(lèi)指針的值。注意iOS和Mac中占用的位數(shù)不一樣
• magic：?于調(diào)試器判斷當(dāng)前對(duì)象是真的對(duì)象還是沒(méi)有初始化的空間
• weakly_referenced：對(duì)象有沒(méi)有被若引用
• deallocating：對(duì)象是否正在釋放中
• has_sidetable_rc：是否有引用計(jì)數(shù)散列表
• extra_rc：提供給引用計(jì)數(shù)使用的酵紫。

擴(kuò)展 - union位域

union位域可以節(jié)省內(nèi)存空間的開(kāi)辟舵变，舉個(gè)例子：
定義一個(gè)DZPeront類(lèi)咬崔，里面含有四個(gè)屬性矢棚，分別代表走路的四個(gè)方向

@interface DZPerson : NSObject
@property (assign, nonatomic) BOOL front;
@property (assign, nonatomic) BOOL back;
@property (assign, nonatomic) BOOL left;
@property (assign, nonatomic) BOOL right;
@end

這四個(gè)屬性都是BOOL類(lèi)型妓蛮，一個(gè)BOOL類(lèi)型占用1個(gè)字節(jié)侦香。因此需要內(nèi)存開(kāi)辟4字節(jié)的空間把敞。BOOL類(lèi)型其實(shí)就是兩種值YES or NO弥奸，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制是0000 0001 or 0000 0000，如圖：

如果把前面的幾位利用上奋早，就可以達(dá)到減少內(nèi)存占用盛霎。使用union位域就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。

union {
    char bits;
    struct{
        char front :1;
        char back :1;
        char left :1;
        char right :1;
    };
} _walkDirection;

聯(lián)合體（union）中還包含了一個(gè)結(jié)構(gòu)體（struct）耽装，這個(gè)結(jié)構(gòu)體中的成員后面跟著的冒號(hào)和數(shù)字愤炸，數(shù)字就是代表占用的位數(shù)（語(yǔ)法要求，這個(gè)要死記硬背）掉奄，這個(gè)就是位域
需要注意：

• 案例中的數(shù)字“1”规个，代表占用1位。1位可以表達(dá)的兩種情況：1和0姓建。如果想表達(dá)“0-7”的值诞仓，那么就需要定義為“3”

• 位域中成員定義的位是按從低到高的方式存儲(chǔ)的

  nonuse	nonuse	nonuse	nonuse	right	left	back	front
  0	0	0	0	1	1	1	1

上面的DZPerson可以修改成：

@interface DZPerson : NSObject{
    union {
        char bits;
        struct{
            char front :1;
            char back :1;
            char left :1;
            char right :1;
        };
    } _walkDirection;
}

- (void)setFront:(BOOL)isFront;
- (BOOL)isFront;

- (void)setBack:(BOOL)isBack;
- (BOOL)isBack;

@end

@implementation DZPerson

- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        _walkDirection.bits = 0b00000000;
    }
    return self;
}

- (void)setFront:(BOOL)isFront {
    if (isFront) {
        _walkDirection.bits |= kPersonWalkDirectionFrontMask;
    } else {
        _walkDirection.bits |= ~kPersonWalkDirectionFrontMask;
    }
}

- (BOOL)isFront {
    return _walkDirection.front;
}

- (void)setBack:(BOOL)isBack {
    _walkDirection.back = isBack;
}

- (BOOL)isBack {
    return _walkDirection.back;
}
@end

//調(diào)用
DZPerson *obj = [[DZPerson alloc] init];
[obj setFront:YES];
[obj setBack:YES];
NSLog(@"%@", obj.isFront ? @"YES": @"NO");

查看obj內(nèi)存情況，如圖：

此處內(nèi)存中十六進(jìn)制是0x3速兔，因?yàn)檎{(diào)用代碼設(shè)置的front和back墅拭，二進(jìn)制表示:0b11

3、isa的賦值過(guò)程

實(shí)例alloc有重要的三步驟（不清楚的可以翻看之前的博客）

1. 計(jì)算需要分類(lèi)的空間大谢凉贰：size = cls->instanceSize(extraBytes);
2. calloc分配內(nèi)存：obj = (id)calloc(1, size);
3. 實(shí)例對(duì)象的初始化：obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);

此處主要聊聊第三部做了什么：

static ALWAYS_INLINE id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
                              int construct_flags = OBJECT_CONSTRUCT_NONE,
                              bool cxxConstruct = true,
                              size_t *outAllocatedSize = nil)
{
    ...//省略不關(guān)心代碼
    size = cls->instanceSize(extraBytes);
    ...//省略不關(guān)心代碼    
    obj = (id)calloc(1, size);
    ...//省略不關(guān)心代碼
    
    //核心入口,加星標(biāo)記???????????????? 
    obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
    //???????????????? 
    
    ...//省略不關(guān)心代碼
    return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}

???

inline void 
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) {//傳入?yún)?shù)是true帜矾，不會(huì)走這個(gè)分支
        ......
    } else {
        ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
        ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());

        //核心入口 ??????
        isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
        ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
        newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
        isa = newisa;
    }
}

核心研究的地方就是對(duì)isa中的位進(jìn)行賦值，注意類(lèi)的相關(guān)信息賦值在newisa.shiftcls位中屑柔。

擴(kuò)展 - 獲取isa中的類(lèi)信息

runtime的api中提供了獲取對(duì)象類(lèi)方法object_getClass屡萤，接下來(lái)研究一下源碼的實(shí)現(xiàn)：

Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}

???

inline Class 
objc_object::getIsa() 
{
    if (fastpath(!isTaggedPointer())) return ISA();
    ......
    //省略無(wú)關(guān)代碼
}

???

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
    //核心入口 ??????
    return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}

• 最后調(diào)用的是isa.bits & ISA_MASK，這一步獲取的就是isa中shiftcls的值（ISA_MASK上面有講過(guò)掸宛，是個(gè)宏死陆，在不同操作系統(tǒng)定義的值也不同）。
• 得到的值進(jìn)行Class類(lèi)型強(qiáng)轉(zhuǎn)唧瘾，這也是為什么我們?cè)诳聪嚓P(guān)源碼中措译，isa都是定義成Class類(lèi)型原因。