【3】cache_t原理剖析

1）OC对象的本质

举个例子，有如下main文件实现：

对象编译

    众所周知，在main函数文件中可以定义实现多个class，这些OC类声明作为查找索引的作用，即使main函数内部没有引用到类，Clang依然会对其进行编译。一旦类被实例化为对象，就会在底层编译为对应struct结构体。

Clang编译器

Clang编译器

Clang的作用

Clang的作用

在mac终端先进入到main.m所在路径，然后执行clang -rewrite命令，即可将main.m编译成main.cpp文件：

Clang命令编译

    打开main.cpp文件，在文件中直接查找LGPerson，可以看到原本定义的LGPerson class被替换成了struct LGPerson_IMPL，对应的name属性，implementation等也被注释替换掉了，由此可以确定OC对象的编译，在底层就是以struct结构体的形式存在。

Clang编译原理

2）联合体位域

    通常，在定义class的成员变量，是通过Property属性，结果就是生成的struct各个成员『共存』于内存中，尤其对于存在『互斥』关系的属性，这种方式可能存在内存浪费，这个时候可以考虑使用联合体来替代。两则具体区别总结如下： 

结构体与联合体区别

举个例子：

    有如下LGCar类，该类直接定义了front、back、left、right四个BOOL类型属性，此时计算属性占用的内存空间大小为：4*4 = 16字节=128位，对于BOOL类型只有0或1两种情况，所以1位就可以表示了，这种定义就造成了明显的内存浪费。

属性定义类成员

如果采用联合体位域，重新定义成如下形式，此时每个属性只占用了1位，总共也就1字节=8位（分配上至少是1字节），并且域bits之间是互斥关系，明显提升了内存使用率。

联合体定义类成员

3）isa源码分析

    具备了联合体的思想之后，打开objc源码，直接搜索initIsa，进入到isa_t()，可以看到系统isa的存储原理就是采用了union，即类cls和bits是互斥关系。继续进入到ISA_BITFIELD中可以看到x86_64、arm64的具体定义。下面以arm64为例，解释各个属性表示的含义。

isa_t定义

ISA_BITFIELD定义

上面arm64中这些宏定义具体表示的内容为：

nonpointer：表示是否对 isa 指针开启指针优化；
0:纯isa指针，1:不止是类对象地址,isa 中包含了类信息、对象的引用计数等。
has_assoc：关联对象标志位，0没有，1存在。
has_cxx_dtor：该对象是否有 C++ 或者 Objc 的析构器,如果有析构函数,则需要做析构逻辑, 如果没有,则可以更快的释放对象。
shiftcls：存储类指针的值。开启指针优化的情况下，在 arm64 架构中有 33 位用来存储类指针。
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:志对象是否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：标志对象是否正在释放内存。 
has_sidetable_rc：当对象引用技术大于 10 时，则需要借用该变量存储进位。
extra_rc：当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。 

isa类与指针的绑定

initIsa函数源码

通过源码，找到isa初始化赋值的地方插入断点，在newisa给shiftcls赋值绑定之前，先查打印一次newisa内容，如下：

绑定初始化时

绑定赋值后

然后，在isa最终赋值返回之前，再查看一次newisa的内容，对比如图所示。可以看出，在绑定赋值的时候，cls获取到了LGPerson，shiftcls也被更新了。接下来需要根据shiftcls反推，判断是否绑定的就是LGPerson。

接下来分析这两者之间的关联细节：继续执行断点，回到_class_createInstanceFromZone函数，打印obj，可以得到LGPerson地址和isa的内存数据地址。

obj绑定值

下面就是要转换isa得到shiftcls，过程如下：

方法一，直接通过x86平台下，ISA_MASK = 0x00007ffffffffff8ULL & isa = 0x001d8001000020e9，即得到LGPerson。

方法二：由于内存结构体中，x86平台下，左边是17位，右边是3位，存储绑定信息shiftcls的位置为中间的44位，所以先将isa右移3位，将头部去掉，此时尾部会新增3位0；所以，需要再左移20位，即可得到头部20位均为0的shiftcls，为了还原成shiftcls本来的位置（头部3，尾部17），需要将结果再左移17位，如图：

shiftcls转换示意图

最后输出如图所示：

shiftcls转换结果