前言
通過(guò)分析 alloc原理 和 內(nèi)存對(duì)齊原理缕探，只是了解了如何創(chuàng)建 對(duì)象魂莫，alloc流程 及 內(nèi)存對(duì)齊 原則，卻對(duì) 對(duì)象 的本質(zhì)及 isa 知之甚少爹耗。下面具體理解一下對(duì)象的本質(zhì)及isa的原理耙考。
基本知識(shí)
位域
產(chǎn)生：有些信息在存儲(chǔ)時(shí)，并不需要占用一個(gè)
完整的字節(jié)潭兽，而只需占一個(gè)或幾個(gè)二進(jìn)制位倦始。例如在存放一個(gè)只有0和1兩種狀態(tài)時(shí)， 用一個(gè)二進(jìn)位即可山卦⌒兀基于這種原理，C語(yǔ)言提供了一種叫做位域的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)账蓉。定義：在定義結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體時(shí)枚碗，成員變量后面加
: 數(shù)字，用來(lái)限定成員變量占用的位數(shù)剔猿，這就是位域视译。目的：節(jié)省存儲(chǔ)空間，處理簡(jiǎn)便归敬。
下面通過(guò)代碼理解位域的原理酷含。
創(chuàng)建兩個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義屬性如下汪茧，一個(gè)使用位域前結(jié)構(gòu)體椅亚，一個(gè)使用位域后結(jié)構(gòu)體。
打印其內(nèi)存結(jié)果舱污，如下：
總結(jié)：
沒(méi)有位域的結(jié)構(gòu)體s1占用的內(nèi)存空間大小為4字節(jié)呀舔；使用位域的結(jié)構(gòu)的大小為1字節(jié)。
$ p s3可得s3的值：s3 = (a = 255, b = 255, c = NO, d = 255)
$ x/1bt &s3可得內(nèi)存中二進(jìn)制數(shù)據(jù)為0x00001011扩灯。低4位(從低到高)分別對(duì)應(yīng)的是a媚赖、b、c珠插、d的值惧磺；共占4個(gè)二進(jìn)制位，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊捻撑，總大小為最大成員變量的整數(shù)倍磨隘，為1字節(jié)缤底；
聯(lián)合體(union)
聯(lián)合體的語(yǔ)法和結(jié)構(gòu)體非常類似，但是它們占用內(nèi)存的情況卻不同番捂。
聯(lián)合體(union)和結(jié)構(gòu)體(struct)的差異：
- 結(jié)構(gòu)體的成員之間是
共存的：各個(gè)成員占用不同的內(nèi)存个唧，它們互相之間沒(méi)有影響。 - 聯(lián)合體的成員之間是
互斥的：所有成員共用同一段內(nèi)存设预，修改一個(gè)成員的值徙歼，會(huì)影響其余所有成員。 - 結(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存：
大于等于所有成員占用內(nèi)存的總和(需要內(nèi)存對(duì)齊) - 聯(lián)合體占用的內(nèi)存：
等于最大的成員占用的內(nèi)存絮缅，同一時(shí)刻只能保存一個(gè)成員的值
下面通過(guò)代碼理解聯(lián)合體(union)和結(jié)構(gòu)體(struct)的差異鲁沥。
創(chuàng)建一個(gè)聯(lián)合體
對(duì)聯(lián)合體進(jìn)行賦值，并打印其內(nèi)存情況：
1. 沒(méi)有賦值的情況：
2. a 賦值的情況：
3. b 賦值的情況：
4. c 賦值的情況：
總結(jié)：
聯(lián)合體可以定義多個(gè)不同類型的成員耕魄，聯(lián)合體的內(nèi)存大小由其中
最大的成員的大小決定。聯(lián)合體中
修改其中的某個(gè)變量會(huì)覆蓋其他變量的值彭谁。聯(lián)合體所有的變量
公用一塊內(nèi)存吸奴，變量之間互斥。優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省內(nèi)存缠局。
缺點(diǎn)：不夠包容则奥，同一時(shí)刻
只能保存一個(gè)成員的值。
對(duì)象的本質(zhì)
如何對(duì)對(duì)象底層進(jìn)行探究狭园？首先了解一波 編譯器
準(zhǔn)備工作
- 新建一個(gè)
Project - 創(chuàng)建如下文件读处，并添加屬性
編譯器 Clang
-
Clang是?個(gè)C語(yǔ)?、C++唱矛、Objective-C語(yǔ)?的輕量級(jí)編譯器罚舱。 -
Clang將?持其普通lambda表達(dá)式、返回類型的簡(jiǎn)化處理以及更好的處理constexpr關(guān)鍵字绎谦。 -
Clang是?個(gè)由Apple主導(dǎo)編寫管闷，基于LLVM的C/C++/Objective-C編譯器。
把?標(biāo)?件編譯成c++?件
$ clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
如果遇到如下 UIKit 未找到的問(wèn)題
執(zhí)行如下指令
$ clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-14.4 -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk main.m
/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk為本地sdk路徑
-runtime=ios-14.4：14.4為版本號(hào)窃肠，可在下面的路徑拿到包个。
結(jié)果如下：
編譯器 xcrun
xcode安裝的時(shí)候順帶安裝了xcrun命令，xcrun命令在clang的基礎(chǔ)上進(jìn)?了?些封裝冤留，要更好??些碧囊。
模擬器編譯：
$ xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp真機(jī)編譯：
$ xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o os-mainarm64.cpp
模擬器編譯如下：
結(jié)果如下：
真機(jī)編譯如下：
結(jié)果如下：
main.cpp文件分析
1. 分析對(duì)象屬性
從源碼分析可得：
NSObject的底層實(shí)現(xiàn)都是objc_object結(jié)構(gòu)體類型。
struct ZLObject_IMPL:對(duì)象的底層是結(jié)構(gòu)體纤怒。嵌套
NSObject_IMPL結(jié)構(gòu)體糯而。即對(duì)象繼承于NSObject。屬性以
_開(kāi)頭的肪跋，代表成員屬性歧蒋。
其中 NSObject_IVARS 是什么土砂？并不知道。
2. 分析 NSObject_IMPL
NSObject_IMPL里面只有一個(gè)成員變量是Class isa谜洽。
3. 分析 Class
在 main.cpp 文件中全局搜索 *Class萝映。代碼如下：
從源碼分析可得：
Class的底層是objc_class類型的結(jié)構(gòu)體指針。
objc_object里面也是只有一個(gè)成員變量是Class isa阐虚。泛型指針
id：常用的id是一個(gè)objc_object結(jié)構(gòu)體指針序臂，這就為什么平時(shí)在使用id修飾變量時(shí)為什么不加*。
SEL：SEL也是結(jié)構(gòu)體指針实束。
4. 分析 get 和 set 方法
從源碼分析可得：
屬性的
get和set方法中通過(guò)獲取當(dāng)前對(duì)象的首地址+變量的偏移值來(lái)得到當(dāng)前變量奥秆，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)get和set對(duì)當(dāng)前變量的修改和獲取。定義的屬性咸灿，底層自動(dòng)添加了
get和set方法构订。get方法名為_I_類名_屬性名，set方法名為_I_類名_set屬性名_避矢，例如：_I_ZLObject_name和_I_ZLObject_setName_悼瘾。隱含參數(shù)：當(dāng)前對(duì)象
self，方法_cmd审胸。
isa的本質(zhì)
在分析 alloc原理 時(shí)亥宿，跳過(guò)了對(duì) isa 的分析，下面具體分析 isa 的原理砂沛。
回憶 alloc 流程烫扼，其流程圖如下：
其中 obj->initInstanceIsa 方法如下：
最終都會(huì)執(zhí)行 objc_object::initIsa 方法：
這也印證了對(duì)象的底層就是
objc_object結(jié)構(gòu)體的觀點(diǎn)，即對(duì)象在調(diào)用initIsa方法時(shí)碍庵，也是底層objc_object的結(jié)構(gòu)體調(diào)用initIsa方法映企。
initIsa 的流程分析
1. isa_t 分析
總結(jié)：
isa_t是一個(gè)聯(lián)合體，聯(lián)合體的成員變量存儲(chǔ)是互斥的怎抛。有兩個(gè)成員變量
bits和cls卑吭，使用同一塊內(nèi)存。
2. ISA_BITFIELD 分析
其中 __has_feature(ptrauth_calls) 是什么呢马绝？
-
__has_feature：此函數(shù)的功能是判斷編譯器是否支持某個(gè)功能 -
ptrauth_calls：指針身份驗(yàn)證豆赏，針對(duì)arm64e架構(gòu)；使用Apple A12或更高版本A系列處理器的設(shè)備（如iPhone XS富稻、iPhone XS Max和iPhone XR或更新的設(shè)備）支持arm64e架構(gòu) - 參考鏈接：developer.apple.com
- 驗(yàn)證流程請(qǐng)參考 jr大神掷邦。
針對(duì)這三種類型，其 64 位存儲(chǔ)分布圖如下：
遍歷分析如下：
-
nonpointer：是否對(duì)isa指針開(kāi)啟指針優(yōu)化椭赋。0純isa指針抚岗；1不?是類對(duì)象地址，isa中包含了類信息哪怔、對(duì)象的引?計(jì)數(shù)等宣蔚。 -
has_assoc：關(guān)聯(lián)對(duì)象標(biāo)志位向抢，0沒(méi)有，1存在 -
has_cxx_dtor：是否有 C++ 或者 Objc 的析構(gòu)器胚委，1有析構(gòu)函數(shù)挟鸠，需要做析構(gòu)邏輯；
0沒(méi)有亩冬，則可以更快的釋放對(duì)象艘希。 -
shiftcls： 存儲(chǔ)類指針的值。 -
magic：?于調(diào)試器判斷當(dāng)前對(duì)象是真的對(duì)象硅急，還是沒(méi)有初始化的空間覆享。 -
weakly_referenced：是否被指向或者曾經(jīng)指向?個(gè) ARC 的弱變量，沒(méi)有弱引?的對(duì)象可以更快釋放营袜。 -
deallocating：是否正在釋放內(nèi)存撒顿。 -
has_sidetable_rc：當(dāng)對(duì)象引?技術(shù)?于 10 時(shí)，則需要借?該變量存儲(chǔ)進(jìn)位荚板。 -
extra_rc：對(duì)象的引?計(jì)數(shù)值核蘸，實(shí)際上是引?計(jì)數(shù)值減 1。例如啸驯，如果對(duì)象的引?計(jì)數(shù)為 10，那么extra_rc為 9祟峦。如果引?計(jì)數(shù)?于 10罚斗，則需要使?has_sidetable_rc存儲(chǔ)進(jìn)位。
3. 關(guān)聯(lián)類的方式
方式一：位運(yùn)算 （此處以 __86_64__ 為例）
類信息是存儲(chǔ)在
isa指針中宅楞，其中shiftcls是對(duì)應(yīng)的對(duì)象信息针姿。按位偏移是目的是只保留shiftcls信息，其它位的信息清0厌衙。最終shiftcls的相對(duì)位置要保持不變距淫。如圖：
方式二：與運(yùn)算 isa & ISA_MASK
其中
ISA_MASK為掩碼，用于與isa指針地址與運(yùn)算婶希。值也是區(qū)分內(nèi)核的：
__x86_64__內(nèi)核下是0x00007ffffffffff8
arm64e內(nèi)核和模擬器下是0x007ffffffffffff8除
arm64e以外的其他arm64內(nèi)核下是0x0000000ffffffff8
方式三：原生方法 setClass
shiftcls = (uintptr_t)newCls >> 3
補(bǔ)充：為什么類的isa和元類的地址是一樣的榕暇？
原理： 從
isa的結(jié)構(gòu)來(lái)看，對(duì)于對(duì)象來(lái)說(shuō)喻杈，沒(méi)有是否釋放彤枢、引用計(jì)數(shù)等字段，存儲(chǔ)的只有元類本身筒饰，所以類的isa和元類的地址是一樣缴啡。
