isa结构分析

什么是对象？

为了了解Objective-C类在底层会编译成什么，我们先新建一个类DebugPerson。

测试类DebugPerson

@interface DebugPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation DebugPerson
@end

利用clang编译main.m文件

Clang是⼀个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/Objective-C编译器。源代码发布于BSD协议下。Clang将⽀持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更好的处理constexpr关键字。

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

编译结果

打开main.cpp后，搜索DebugPerson关键字，会发现类已经被编译成结构体DebugPerson_IMPL，其伪继承于NSObject_IMPL，struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS等同于isa。

得出结果 对象的本质其实就是一个结构体。

#ifndef _REWRITER_typedef_DebugPerson
#define _REWRITER_typedef_DebugPerson
typedef struct objc_object DebugPerson;
typedef struct {} _objc_exc_DebugPerson;
#endif

extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_DebugPerson$_name;
struct DebugPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *_name;
};

以及属性变量NSString *_name，和setter、getter方法。

static NSString * _I_DebugPerson_name(DebugPerson * self, SEL _cmd) { 
    return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_DebugPerson$_name)); 
}
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);

static void _I_DebugPerson_setName_(DebugPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) { 
     objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct DebugPerson, _name), (id)name, 0, 1); 
}

objc_setProperty

• objc_setProperty的实现

  我们发现name的setter方法调用objc_setProperty函数，在objc源码中查找objc_setProperty，会判断是否需要copy后，调用reallySetProperty函数。

  void objc_setProperty(id self, SEL _cmd, ptrdiff_t offset, id newValue, BOOL atomic, signed char shouldCopy) 
  {
      bool copy = (shouldCopy && shouldCopy != MUTABLE_COPY);
      bool mutableCopy = (shouldCopy == MUTABLE_COPY);
      reallySetProperty(self, _cmd, newValue, offset, atomic, copy, mutableCopy);
  }
  

• reallySetProperty的实现

  reallySetProperty函数在做赋新值操作之后，要将oldValue释放掉。

  static inline void reallySetProperty(id self, SEL _cmd, id newValue, ptrdiff_t offset, bool atomic, bool copy, bool mutableCopy)
  {
      if (offset == 0) {
          object_setClass(self, newValue);
          return;
      }
  
      id oldValue;
      id *slot = (id*) ((char*)self + offset);
  
      if (copy) {
          newValue = [newValue copyWithZone:nil];
      } else if (mutableCopy) {
          newValue = [newValue mutableCopyWithZone:nil];
      } else {
          if (*slot == newValue) return;
          newValue = objc_retain(newValue);
      }
  
      if (!atomic) {
          oldValue = *slot;
          *slot = newValue;
      } else {
          spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
          slotlock.lock();
          oldValue = *slot;
          *slot = newValue;        
          slotlock.unlock();
      }
  
      objc_release(oldValue);
  }
  

isa的结构信息

联合体

  联合体也是由不同的数据类型组成，但其变量是互斥的，所有的成员共占一段内存。而且共用体采用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会将原来成员的值覆盖掉。

• 缺点：包容性弱

• 优点：所有成员共用一段内存，使内存的使用更为精细灵活，同时也节省了内存空间

isa_t

isa_t类型使用联合体通过char + 位域（即二进制中每一位均可表示不同的信息）进行内存优化。

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
};

• isa_t提供了两个初始化方法isa_t() { } 与isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

• isa_t的cls与bits是互斥的。

• isa的结构体用于存储类信息及其他信息。

  arm64-isa

  - ```objectivec
    #   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
  

  x86_64 isa

   #   define ISA_BITFIELD                                                        \
         uintptr_t nonpointer        : 1;                                         \
         uintptr_t has_assoc         : 1;                                         \
         uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                         \
         uintptr_t shiftcls          : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
         uintptr_t magic             : 6;                                         \
         uintptr_t weakly_referenced : 1;                                         \
         uintptr_t deallocating      : 1;                                         \
         uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                         \
         uintptr_t extra_rc          : 8
  

• nonpointer

  表示是否对isa指针开启指针优化，0纯isa指针。1isa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

  该对象是否持有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

  存储类的指针的值

• 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
  标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
  表示当对象引用计数大于10时，则需要借用该变量存储进位

• extra_rc
  额外的引用计数,实际上是引用计数值减1

isa的存储情况如图所示

isa64情况.jpeg