ObjC runtime源码 阅读笔记（一）
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本文的源码来自于apple opensource。
1.objc-private.h
打开头文件就看到了两个熟悉的结构体指针
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;我们会经常用到id这个指针，比较老的Foundation框架中，一般的初始化方法都会返回一个id对象，并且一些有iOS编程经验的老鸟也会说ObjC中的所有对象都可以强转成id类型。那么现在就来分析一下id究竟是个什么东东。
从源码来看真的是好长的一坨结构体,首先看到的是一个isa_t的union：
private:
isa_t isa;这个isa_t用一句话概括就是：
对64位的设备对象进行类对象指针的优化，利用合理的bit（arm64设备为32位）存储类对象的地址，其他位用来进行内存管理。这种优化模式被称为tagged pointer。用在isa_t的实现中称作IndexedIsa。
下面是isa_t在arm64架构下的结构：
union isa_t
{
uintptr_t bits;
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
struct {
uintptr_t indexed : 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)
};
};indexed：标记是否启动指针优化
has_assoc：是否有关联对象
has_cxx_dtor：是否有析构器
shiftcls：类对象指针
magic：标记初始化完成
weakly_refrenced：是否弱引用
deallocating：是否正在释放
extra_rc：引用计数（但是比retaincount小1）
至此，优化情况下的isa_t包含的内容大体总结完毕。
回过头来继续分析objc_object内的函数。
Class ISA() //不支持tagged pointer时候获取Class的函数
Class getIsa() //支持tagged pointer时候获取Class的函数下面是一系列isa初始化的函数：
void initIsa(Class cls /*indexed=false*/);
void initClassIsa(Class cls /*indexed=maybe*/);
void initProtocolIsa(Class cls /*indexed=maybe*/);
void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor);值得注意的是这几个函数最后调用的都是
inline bool objc_object::initIsa(Class cls, bool indexed, bool hasCxxDtor) 下面的函数是用来改变一个对象的Class：
Class changeIsa(Class newCls);印象中KVO的实现中，会改变一个对象的Class，以后会带来验证。
接下来的一系列函数顾名思义，我也不做解释，内部的实现基本也都是依赖于isa来进行的。
// changeIsa() should be used to change the isa of existing objects.
// If this is a new object, use initIsa() for performance.
Class changeIsa(Class newCls);
bool hasIndexedIsa();
bool isTaggedPointer();
bool isClass();
// object may have associated objects?
bool hasAssociatedObjects();
void setHasAssociatedObjects();
// object may be weakly referenced?
bool isWeaklyReferenced();
void setWeaklyReferenced_nolock();
// object may have -.cxx_destruct implementation?
bool hasCxxDtor();这里我解释一下下面这两个方法的区别。
bool hasIndexedIsa();
bool isTaggedPointer();本质上这两个函数都是来判断某个指针是否启用了tagged pointer。不同的是
bool hasIndexedIsa();是用来判断当前对象的isa是否启用tagged pointer，而bool isTaggedPointer();函数用来判断当前的对象指针是否启用了tagged pointer。根据我的调研，比如NSNumber、NSDate等值占用内存比较少的对象启用了tagged pointer。
接下来是一系列管理引用计数以及生命周期的函数：
// Optimized calls to retain/release methods
id retain();
void release();
id autorelease();
// Implementations of retain/release methods
id rootRetain();
bool rootRelease();
id rootAutorelease();
bool rootTryRetain();
bool rootReleaseShouldDealloc();
uintptr_t rootRetainCount();
// Implementation of dealloc methods
bool rootIsDeallocating();
void clearDeallocating();
void rootDealloc();是不是很熟悉呢？先看一下id retain()的内部实现：
inline id
objc_object::retain()
{
// UseGC is allowed here, but requires hasCustomRR.
assert(!UseGC || ISA()->hasCustomRR());
assert(!isTaggedPointer());
if (! ISA()->hasCustomRR()) {
return rootRetain();
}
return ((id(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, SEL_retain);
}翻译一下，如果使用GC但是并没有custom的retain/release方法则会直接断言掉，如果支持tagged pointer就会直接断言掉。接下来的流程就是如果没有custom的retain/release方法就会调用rootRetain()。兜兜转转最后会调用如下方法：
ALWAYS_INLINE id
objc_object::rootRetain(bool tryRetain, bool handleOverflow)
{
assert(!UseGC);
if (isTaggedPointer()) return (id)this;
bool sideTableLocked = false;
bool transcribeToSideTable = false;
isa_t oldisa;
isa_t newisa;
do {
transcribeToSideTable = false;
oldisa = LoadExclusive(&isa.bits);
newisa = oldisa;
if (!newisa.indexed) goto unindexed;
// don't check newisa.fast_rr; we already called any RR overrides
if (tryRetain && newisa.deallocating) goto tryfail;
uintptr_t carry;
newisa.bits = addc(newisa.bits, RC_ONE, 0, &carry); // extra_rc++
if (carry) {
// newisa.extra_rc++ overflowed
if (!handleOverflow) return rootRetain_overflow(tryRetain);
// Leave half of the retain counts inline and
// prepare to copy the other half to the side table.
if (!tryRetain && !sideTableLocked) sidetable_lock();
sideTableLocked = true;
transcribeToSideTable = true;
newisa.extra_rc = RC_HALF;
newisa.has_sidetable_rc = true;
}
} while (!StoreExclusive(&isa.bits, oldisa.bits, newisa.bits));
if (transcribeToSideTable) {
// Copy the other half of the retain counts to the side table.
sidetable_addExtraRC_nolock(RC_HALF);
}
if (!tryRetain && sideTableLocked) sidetable_unlock();
return (id)this;
tryfail:
if (!tryRetain && sideTableLocked) sidetable_unlock();
return nil;
unindexed:
if (!tryRetain && sideTableLocked) sidetable_unlock();
if (tryRetain) return sidetable_tryRetain() ? (id)this : nil;
else return sidetable_retain();
}这段代码确实值得仔细研读,转换成伪代码的形式为：
ALWAYS_INLINE id
objc_object::rootRetain(bool tryRetain, bool handleOverflow)
{
if (not support tagged pointer) return this;
do {
if (isa not support indexed)
sidetable_tryRetain(); //利用sidetable进行管理对象的引用计数。
if (isa support indexed)
newisa.bits = addc(newisa.bits, RC_ONE, 0, &carry); // extra_rc+
}
}当然内部还有一些对于retry以及overflow的处理，这篇文章就不做过多的分析。但是大体上对于没有进行isa的indexed优化的对象的引用计数是依赖于SideTable()管理，而进行indexed优化的对象则直接利用isa指针进行管理。
接下来的private函数我就不多做分析了，值得注意的是，里面有很多有关于sidetable的函数，但是这些函数是在NSObject.mm中实现的。
这样有关于objc_obejct这个结构体的分析就到此为止。接下来还有一系列的文章进行分析。