iOS開發(fā)者一定知道每個(gè)實(shí)例對象都有一個(gè)isa指針徐伐，其中存儲著對象的類信息。今天我們就來探究下isa是如何保存類的信息的女嘲。
通過objc的源碼可以找到我們在調(diào)用alloc方法創(chuàng)建實(shí)例對象的時(shí)候有初始化isa的操作畜份，其初始化代碼如下

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, UNUSED_WITHOUT_INDEXED_ISA_AND_DTOR_BIT bool hasCxxDtor)
{ 
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
    
    isa_t newisa(0);

    if (!nonpointer) {
        newisa.setClass(cls, this);
    } else {
        ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
        ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());


#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
#   if ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
#   endif
        newisa.setClass(cls, this);
#endif
        newisa.extra_rc = 1;
    }
    isa = newisa;
}

由上述代碼可知，isa其實(shí)是isa_t類型的結(jié)構(gòu)體欣尼，那么isa_t又是什么呢爆雹？

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

    uintptr_t bits;

private:
    // Accessing the class requires custom ptrauth operations, so
    // force clients to go through setClass/getClass by making this
    // private.
    Class cls;

public:
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };

    bool isDeallocating() {
        return extra_rc == 0 && has_sidetable_rc == 0;
    }
    void setDeallocating() {
        extra_rc = 0;
        has_sidetable_rc = 0;
    }
#endif

    void setClass(Class cls, objc_object *obj);
    Class getClass(bool authenticated);
    Class getDecodedClass(bool authenticated);
};

從isa_t的定義中引出了一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型--聯(lián)合體。我們來看下聯(lián)合體和結(jié)構(gòu)體有什么區(qū)別：

結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體是把不同的數(shù)據(jù)組合成一個(gè)整體，其變量是共存的顶别，不管變量是否使用，在創(chuàng)建時(shí)都會(huì)分配內(nèi)存拒啰。

• 優(yōu)點(diǎn)：存儲容量大驯绎，包容性強(qiáng)，且成員之間不會(huì)相互影響谋旦。
• 缺點(diǎn)：所有變量都會(huì)分配內(nèi)存剩失，內(nèi)存消耗較大。

聯(lián)合體

聯(lián)合體也是由不同的數(shù)據(jù)類型組成册着，但其變量是互斥的拴孤，所有的成員共占一段內(nèi)存，而且聯(lián)合體采用了內(nèi)存覆蓋技術(shù)甲捏，同一時(shí)刻只能保存一個(gè)成員變量的值演熟，如果對新的成員賦值，就會(huì)將原來的成員的值覆蓋掉司顿。

• 優(yōu)點(diǎn)：所有成員共用一段內(nèi)存芒粹，使內(nèi)存的使用更為精細(xì)靈活，同時(shí)也節(jié)省了內(nèi)存空間大溜。
• 缺點(diǎn)：包容性差化漆。
  我們再回過來看isa_t的定義，其定義了兩個(gè)變量一個(gè)為bits钦奋，另一個(gè)為cls座云，同時(shí)如果定義了ISA_BITFIELD的情況下，定義了位域結(jié)構(gòu)體以便我們精確的操作isa_t中的不同位的數(shù)據(jù)付材。ISA_BITFIELD的定義根據(jù)不同的cpu進(jìn)行了不同的定義朦拖，定義的字段和內(nèi)容大同小異，只是不同的字段占用的位數(shù)量不一樣厌衔，本文僅以x86_64為例說明：

      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 unused            : 1;                                         \
      uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                         \
      uintptr_t extra_rc          : 8

如上所示就是ISA_BITFIELD在x86_64下的定義贞谓，其中：

• nonpointer：存儲于第0位，標(biāo)識是否為優(yōu)化isa標(biāo)志葵诈。0代表不是優(yōu)化的isa裸弦，此isa是一個(gè)純指向類或者原類的指針；1標(biāo)識是優(yōu)化的isa作喘，此isa中包含類信息理疙，對象的引用計(jì)數(shù)等。我們現(xiàn)在創(chuàng)建的對象中的isa基本上都是優(yōu)化后的isa泞坦。

• has_assoc：存儲于第1位窖贤，關(guān)聯(lián)對象標(biāo)志位。對象含有或者曾經(jīng)含有關(guān)聯(lián)引用。0表示沒有赃梧；1表示有滤蝠。沒有關(guān)聯(lián)引用的對象可以更快的釋放內(nèi)存。

• has_cxx_dtor：存儲于第3位授嘀，析構(gòu)函數(shù)標(biāo)志位物咳，如果有析構(gòu)函數(shù)，則需進(jìn)行析構(gòu)邏輯蹄皱，如果沒有览闰，則可以更快速的釋放對象。

• shiftcls：存儲于第3-46位巷折，存儲類的信息压鉴，這個(gè)是我們主要關(guān)注的內(nèi)容。

• magic：存儲于第47-52位锻拘，判斷對象是否初始化完成油吭，是調(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。

• weakly_referenced：存儲于第53位署拟，標(biāo)識對象是否被指向或者曾經(jīng)被指向一個(gè)ARC的弱引用變量上鞠。如果沒有弱引用的對象可以更快的被釋放。

• unused：存儲于第54位芯丧。

• has_sidetable_rc：存儲于第55位芍阎，判斷該對象的引用計(jì)數(shù)是否過大，如果過大則需要其他散列表來進(jìn)行存儲缨恒。

• extra_rc：存儲于第56-63位谴咸，存放該對象引用計(jì)數(shù)值-1的結(jié)果。
  

  ISA_BITFIELD

了解了isa的數(shù)據(jù)類型之后我們看下objc是如何設(shè)置isa的呢骗露？根據(jù)objc源碼我們找到了設(shè)置isa的具體方法initIsa岭佳，代碼如下：

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, UNUSED_WITHOUT_INDEXED_ISA_AND_DTOR_BIT bool hasCxxDtor)
{ 
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
    
    isa_t newisa(0);

    if (!nonpointer) {
        newisa.setClass(cls, this);
    } else {
        ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
        ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());


#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
#   if ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
#   endif
        newisa.setClass(cls, this);
#endif
        newisa.extra_rc = 1;
    }

    isa = newisa;
}

在實(shí)際開發(fā)中，我們創(chuàng)建的類基本上都是nonpointer的萧锉，故此處isa的創(chuàng)建會(huì)走else中的代碼珊随，在此處打上斷點(diǎn)后我們一步一步跟斷點(diǎn)。

ISA_MAGIC_VALUE

經(jīng)過ISA_MAGIC_VALUE初始化newisa.bit之后柿隙，我們看到newisa中bits的值變?yōu)榱?303511812964353叶洞，而ISA_MAGIC_VALUE轉(zhuǎn)為10進(jìn)制數(shù)也是8303511812964353，在計(jì)算器中輸入后可以看到2進(jìn)制計(jì)數(shù)法中每一位的情況禀崖，如下所示

ISA_MAGIC_VALUE

在newisa的位信息中衩辟，除了nonpointer為1與計(jì)算器中的第0位的1相符之外，magic被置為了59波附，同時(shí)計(jì)算器中從第47位開始（即magic的首位）顯示為110111艺晴，此時(shí)我們將59輸入計(jì)算器中發(fā)現(xiàn)59的二進(jìn)制計(jì)數(shù)正是110111昼钻，與bit中的值相等。

59

下一步是setClass封寞，我們進(jìn)入setClass方法后發(fā)現(xiàn)設(shè)置shiftcls的代碼就一行然评。

    shiftcls = (uintptr_t)newCls >> 3;

此處將class右移了3位存入了shiftcls中，這是因?yàn)?code>class信息的最后4位始終是0狈究，即無效位挤巡，為了匹配shiftcls是從第3位開始存儲的钟病，便去除了最右邊三位無效位存入了shiftcls中授翻。

setClass

在setClass之后shiftcls的信息變成了536875037去扣，那么此時(shí)shiftcls中存儲的是否是SLPerson的類信息呢风喇？
我們通過以下幾種方式來看下：

1. 我們剛剛說了class的最后三位是0宁改，所以我們只需要將isa中除了shiftcls的其它位置0便可以得到正確的類信息，即我們可以采取右移3位魂莫，左移20位还蹲，再右移17位的方式將其余位全部置0。

(lldb) p newisa.bits >> 3
(uintptr_t) $53 = 1037939513495581
(lldb) p $53 << 20
(uintptr_t) $54 = 562954278797312
(lldb) p $54 >> 17
(uintptr_t) $55 = 4295000296
(lldb) po $55
SLPerson

運(yùn)算過程

通過如上打印可以看到我們將其余位全部置0后得到的信息就是SLPerson耙考。
這是我們直接通過位運(yùn)算來還原了isa中類的信息谜喊，那么系統(tǒng)又是如何獲取類的信息的呢？

- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}

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

inline Class
objc_object::getIsa() 
{
    if (fastpath(!isTaggedPointer())) return ISA();

    extern objc_class OBJC_CLASS_$___NSUnrecognizedTaggedPointer;
    uintptr_t slot, ptr = (uintptr_t)this;
    Class cls;

    slot = (ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
    cls = objc_tag_classes[slot];
    if (slowpath(cls == (Class)&OBJC_CLASS_$___NSUnrecognizedTaggedPointer)) {
        slot = (ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
        cls = objc_tag_ext_classes[slot];
    }
    return cls;
}

inline Class
objc_object::ISA(bool authenticated)
{
    ASSERT(!isTaggedPointer());
    return isa.getDecodedClass(authenticated);
}

inline Class
isa_t::getDecodedClass(bool authenticated) {
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    if (nonpointer) {
        return classForIndex(indexcls);
    }
    return (Class)cls;
#else
    return getClass(authenticated);
#endif
}

inline Class
isa_t::getClass(MAYBE_UNUSED_AUTHENTICATED_PARAM bool authenticated) {
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    return cls;
#else

    uintptr_t clsbits = bits;
    clsbits &= ISA_MASK;

    return (Class)clsbits;
#endif
}

#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL

從源碼可知倦始，獲取class的方法最終就是一行代碼return bits & ISA_MASK斗遏，我們將ISA_MASK放入計(jì)算器中發(fā)現(xiàn)就是一個(gè)3-46位為1，其余位為0的二進(jìn)制數(shù)鞋邑。與bits按位進(jìn)行&運(yùn)算最終的結(jié)果和我們進(jìn)行位移運(yùn)算是一樣的~

ISA_MASK