RunTime源码阅读(四)内存管理

这一章节拿来做笔记，加深理解的，更详细可参考iOS 内存管理
唯一不同的，借用了计算器来验证了原文的理论。

1.内存分区

内核区、栈区(由高到低)、堆区(由低到高)、未初始化数据(.bss)、已初始化数据(.data)、代码段(.text)、保留

1. Tagged Pointer
   专门用来存储小的对象，例如NSNumber, NSDate, NSString。
   Tagged Pointer指针的值不再是地址了，而是真正的值。所以，实际上它不再是一个对象了，它只是一个披着对象皮的普通变量而已。所以，它的内存并不存储在堆中，也不需要malloc和free。
   在字符串长度在9个以内时，iOS其实使用了tagged pointer做了优化的。

  NSMutableString *mutableStr = [NSMutableString string];
  NSString *immutable = nil;
  #define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
  char c = 'a';
  do {
      [mutableStr appendFormat:@"%c", c++];
      immutable = [mutableStr copy];
      NSLog(@"%p %@ %@", immutable, immutable, immutable.class);
  }while(((uintptr_t)immutable & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK);

taggedPointer与string

在arm64中，当字符超过9个时，使用的是__NSCFString存储；否则是NSTaggedPointerString存储。

2. isa 指针（NONPOINTER_ISA）
   和对象引用计数相关的有两个成员：extra_rc和has_sidetable_rc。iOS用19位的extra_rc来记录对象的引用次数，当extra_rc 不够用时，还会借助sidetable来存储计数值，这时，has_sidetable_rc会被标志为1。

标志位：
nonpointer 1bit 标志位。1(奇数)表示开启了isa优化，0(偶数)表示没有启用isa优化。所以，我们可以通过判断isa是否为奇数来判断对象是否启用了isa优化。
has_assoc 1bit 标志位。表明对象是否有关联对象。没有关联对象的对象释放的更快。
has_cxx_dtor 1bit 标志位。表明对象是否有C++或ARC析构函数。没有析构函数的对象释放的更快。
shiftcls 33bit 类指针的非零位。
magic 6bit 固定为0x1a，用于在调试时区分对象是否已经初始化。
weakly_referenced 1bit 标志位。用于表示该对象是否被别的对象弱引用。没有被弱引用的对象释放的更快。
deallocating 1bit 标志位。用于表示该对象是否正在被释放。
has_sidetable_rc 1bit 标志位。用于标识是否当前的引用计数过大，无法在isa中存储，而需要借用sidetable来存储。（这种情况大多不会发生）
extra_rc 19bit 对象的引用计数减1。比如，一个object对象的引用计数为7，则此时extra_rc的值为6。

isa指针的结构

至此我们可以验证当一个对象有关联对象、weak及引用计数。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    MyObj *obj = [[MyObj alloc] init];
    NSLog(@"1. obj isa_t = %p", *(void **)(__bridge void*)obj);
    _obj1 = obj;
    MyObj *tmpObj = obj;
    NSLog(@"2. obj isa_t = %p", *(void **)(__bridge void*)obj);
    
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated {
    [super viewDidAppear:animated];
    NSLog(@"3. obj isa_t = %p", *(void **)(__bridge void*)_obj1);
    _obj2 = _obj1;
    NSLog(@"4. obj isa_t = %p", *(void **)(__bridge void*)_obj1);
    _weakRefObj = _obj1;
    NSLog(@"5. obj isa_t = %p", *(void **)(__bridge void*)_obj1);
    NSObject *attachObj = [[NSObject alloc] init];
    objc_setAssociatedObject(_obj1, "attachKey", attachObj, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    NSLog(@"6. obj isa_t = %p", *(void **)(__bridge void*)_obj1);
}
必须用真机，结果:
1. obj isa_t = 0x1a10547b411
 2. obj isa_t = 0x41a10547b411
 3. obj isa_t = 0x1a10547b411
 4. obj isa_t = 0x21a10547b411
 5. obj isa_t = 0x25a10547b411
 6. obj isa_t = 0x25a10547b413

MyObj就是一个普通的类。打印指向对象的指针。

打开Mac计算器，使用编程器

2.1 0x1a10547b411

0x1a10547b411

0-63表示arm64位
第0位表示开启isa指针优化，是1；如果是模拟器则不会。
第1位表示关联对象has_assoc，为0
第42位表示weakly，为0
第45到63表示引用计数，注意到extra_rc此时为0，因为引用计数等于extra_rc + 1，因此，obj进行了alloc，引用计数为1，和我们的预期一致。

2.2 0x41a10547b411

0x41a10547b411

第1位表示关联对象has_assoc，为0
第42位表示weakly，为0
第45到63表示引用计数，注意到extra_rc=2，因为引用计数等于extra_rc + 1=3，因此，_obj1引用，tmpObj也引用，即计数是3，和我们的预期一致。

2.3 0x1a10547b411

0x1a10547b411

第1位表示关联对象has_assoc，为0
第42位表示weakly，为0
第45到63表示引用计数，注意到extra_rc=0，因为引用计数等于extra_rc + 1=1，程序执行到了viewDidAppear方法，因为此时栈上变量obj ，tmpObj已经释放，因此引用计数应该减2，等于1。和我们的预期一致。

2.4 0x21a10547b411

0x21a10547b411

第1位表示关联对象has_assoc，为0
第42位表示weakly，为0
第45到63表示引用计数，注意到extra_rc=1，因为引用计数等于extra_rc + 1=2，此时_objc2也持有了_objc1，即计数是2。和我们的预期一致。

2.5 0x25a10547b411

0x25a10547b411

第1位表示关联对象has_assoc，为0
第42位表示weakly，为1
第45到63表示引用计数，计数还是2.
_weakRefObj = _obj1;没有改变本来的引用计数。但第42位标志位发生变化。
和我们的预期一致。

2.6 0x25a10547b413

0x25a10547b413

第1位表示关联对象has_assoc，为1
第42位表示weakly，为0
第45到63表示引用计数，计数还是xtra_rc + 1=2.
objc_setAssociatedObject不会改变引用计数。但第1位标志位发生变化。其他位保持不变。
和我们的预期一致。

3. SideTable
   只有当extra_rc的二进制位不够用时，才会借助sideTable存储计数。同时SideTable也会管理weak的存储。