isa详解上

如果对NSObject的实现有过研究，应该就知道，所有的对象，不管是实例对象，还是类对象，其实质都是一个C语言结构体：

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
...
};

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
...
};

从以上结构体的定义，可以很清楚的看出，不管是实例对象还是类对象，其结构内的首个地址存储的就是isa指针，而isa指针的类型又为Class，即 struct objc_class，所以如果想对isa有一个更深入的认识，就需要对objc_class这个结构体进一步分析。

注：

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
...
};

这个结构体里面的第一个虽然不是struct objc_class指针，但是细看isa_t的定义，实际上它还是返回的一个struct objc_class的指针：

#include "isa.h"

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

    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
#   define ISA_BITFIELD                                                      \
      uintptr_t nonpointer        : 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)

这部分是apple对isa的优化。自从引入tagged pointer之后，isa就再也不是单纯的指针的，所以有时候直接查看对象内的isa时，会发现他根本就不是一个指针：

image.png

可以看出，取出对象c中第一个地址的值，是0x000001a1000f133d，显然它不符合一个指针，因为在arm64下，指针是8字节对齐的，也就是说，指针最后一位，要么是0x0，要么是0x8，还有就是，/*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/，但是显然0x000001a1000f133d比0x1000000000大的多。
那么问题就来了：对于被优化的isa，我们该怎么去获取真正的isa指针呢？
要回答这个问题，我们要先了解下object_getClass(id _Nullable obj)的实现：

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

inline Class 
objc_object::getIsa() 
{
    if (!isTaggedPointer()) return ISA();
...
}
//可以看出，最终的调用，指向`ISA()`函数，那么我们就去看看`ISA()`里面的操作。

在runtime源码中找到ISA()：

inline Class 
objc_object::ISA() 
{
    assert(!isTaggedPointer()); 
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    if (isa.nonpointer) {
        uintptr_t slot = isa.indexcls;
        return classForIndex((unsigned)slot);
    }
    return (Class)isa.bits;
#else
    return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}

对于arm64，可以简化为：

inline Class 
objc_object::ISA() 
{
    return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
}

这个isa.bits的值，在上例中为：0x000001a1000f133d，而ISA_MASK的定义为：

#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL

仔细观察这个0x0000000ffffffff8ULL，你会发现，它恰好在第3bit到第35bit的值为1，而&上isa.bits的意思是取isa.bits的3bit~35bit的值，结合刚刚给出的isa_t的定义：

#   define ISA_BITFIELD                                                      \
      uintptr_t nonpointer        : 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

正好对上了shiftcls，似乎一切都是巧合，但其实不是，早在对象初始化的时候，就已经将isa指针的值，存入shiftcls了：

        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        // isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
        // isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;  //这里将cls的值往左移3bit的意思，为了节省内存，清空低三位不用的数，因为对于指针，低三位的值肯定是0。

其他bit的含义：

• has_assoc
  对象含有或者曾经含有关联引用，没有关联引用的可以更快地释放内存
• has_cxx_dtor
  当前对象有 C++ 或者 ObjC 的析构器(destructor)，如果没有析构器就会快速释放内存。
• magic
  用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间
• weakly_referenced
  对象被指向或者曾经指向一个 ARC 的弱变量，没有弱引用的对象可以更快释放
• deallocating
  对象正在释放内存
• has_sidetable_rc
  对象的引用计数太大了，存不下
• extra_rc
  对象的引用计数超过 1，会存在这个这个里面，如果引用计数为 10，extra_rc 的值就为 9