iOS-底层原理(13)-runtime之isa详解

序言

• Objective-C是一门动态性比较强的编程语言，跟C、C++等语言有着很大的不同
• Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的
• Runtime API提供的接口基本都是C语言的，源码由C\C++\汇编语言编写

位运算和共用体

位运算

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。位运算说穿了，就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。

C++提供了6种位运算符来进行位运算操作：

• & 按位与
• | 按位或
• ^ 按位异或
• ~ 按位取反
• << 左移（左边消失，右边补0）
• >> 右移（右边消失，左边补符号位）

位运算的操作数是整数类型或字符型.

1.按位与&运算

相同为一

& 运算常常用来将某变量的某些位清0
& 也常用于二进制取位操作

2.按位或|运算

有一则一

｜运算通常用于二进制特定位上的强制置1

3.按位异或^运算

^运算通常用于对二进制的特定一位进行取反操作

共用体

共用体把几种不同数据类型的变量存放在同一块内存里。共用体中的变量共享同一块内存。

定义共用体类型变量的一般形式：

union 共用体名
{
    成员列表
}变量列表;

union的主要特征有

• union中可以定义多个成员，union的大小由最大的成员的大小决定；
• union成员共享同一块大小的内存，一次只能使用其中的一个成员；
• 对union某一个成员赋值，会覆盖其他成员的值（但前提是成员所占字节数相同，当成员所占字节数不同时只会覆盖相应字节上的值，比如对char成员赋值就不会把整个int成员覆盖掉，因为char只占一个字节，而int占四个字节）；
• union量的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放的。

一 isa详解

• 要想学习Runtime，首先要了解它底层的一些常用数据结构，比如isa指针
• 在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
• 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息

image.png

• isa结构体

/** isa_t 结构体 */
union isa_t {
    Class cls;
    uintptr_t bits;
    struct {
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 33;
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 19;
    };
};

isa结构.png

实例代码如下 - 一定需要用真机进行调试

#import 
@interface CSPerson : NSObject
@end

创建一个对象并且断点调试，输出 isa 值

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• 接下来我们创建一些关联对象和弱引用对象

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isa参数详解

• nonpointer:
  0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
  1，代表优化过，使用位域存储更多的信息

• has_assoc：是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

• has_cxx_dtor：是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快

• shiftcls：存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

• magic：用于在调试时分辨对象是否未完成初始化

• weakly_referenced：是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

• deallocating：对象是否正在释放

• extra_rc：表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减 1，例如，如果对象的引用计数为 10，那么 extra_rc 为 9。如果引用计数大于 10，则需要使用到下面的 has_sidetable_rc。

• has_sidetable_rc：当对象引用计数大于 10 时，则has_sidetable_rc 的值为 1，那么引用计数会存储在一个叫 SideTable 的类的属性中，这是一个散列表。

为什么要&ISA_MASK来获取类或元类的地址

因为从arm64位开始，isa里面存储各种信息，是一个共用体，其中shiftcls 33位才是用来存放地址。通过&ISA_MASK就可以将33位的地址值取出来。

无论是实例对象，还是类对象，还是元类对象，他们的地址最后一位要么是0，要么是8，因为他们的地址是isa & ISA_MASK，又因为ISA_MASK最后3位都是0，所以导致他们的地址最后3位也永远是0，所以最后一位要么是0(0000 0000)，要么是8(0000 0100)。

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本文主要参考MJ老师的教案，非常感谢MJ老师。

项目连接地址 - runtime_union_mask

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关于runtime更多文章请看如下链接
iOS-runtime-API详解+使用
iOS Runtime原理及使用
iOS - runtime如何通过selector找到对应的 IMP地址(分别考虑类方法和实例方法)
iOS - Runtime之面试题详解一
iOS-runtime之面试题详解二
iOS runtime的使用场景-实战篇