OC对象的本质
在弄清对象本质之前，我们先了解一个东西，叫做clang。
clang
clang定义
Clang是一个C语言、C++、Objective-C语言的轻量级编译器。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是一个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/Objective-C编译器
2013年4月,Clang已经全面支持C++11标准，并开始实现C++1y特性（也就是C++14，这是C++的下一个小更新版本）。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。 [2]
Clang是一个C++编写、基于LLVM、发布于LLVM BSD许可证下的C/C++/Objective-C/Objective-C++编译器。它与GNU C语言规范几乎完全兼容（当然，也有部分不兼容的内容，包括编译命令选项也会有点差异），并在此基础上增加了额外的语法特性，比如C函数重载（通过attribute((overloadable))来修饰函数），其目标（之一）就是超越GCC。 [1]
clang用法
- 首先打开终端，并
cd到我们要查看的文件的上级目录
cd到上级目录.png - 添加代码如下:
//这段代码的含义是把main.m编译成main.cpp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
点击回车执行。
-
执行完成后如下:
执行完成.png
最后可以看到在目录中出现了main.cpp文件
- 我们在
main.cpp中全局搜搜LGPerson,最终会看到如下代码
//NSObject_IMPL
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
//LGPerson
#ifndef _REWRITER_typedef_LGPerson
#define _REWRITER_typedef_LGPerson
typedef struct objc_object LGPerson;
typedef struct {} _objc_exc_LGPerson;
#endif
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name;
struct LGPerson_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 等效于 Class isa;
NSString *_name;
};
可以看到，所以OC对象的本质为结构体，NSObject_IMPL为 NSObject的 结构体，每个OC实例都会包含一个继承自NSObject的 isa 指针。
而且由于存在name这个属性，所以也会自动帮我们生成getter、setter方法。
//getter方法
static NSString * _I_LGPerson_name(LGPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_LGPerson$_name)); }
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool);
//setter方法
static void _I_LGPerson_setName_(LGPerson * self, SEL _cmd, NSString *name) {
objc_setProperty (self, _cmd, __OFFSETOFIVAR__(struct LGPerson, _name), (id)name, 0, 1); }
所有的
setter方法在底层的实质都是调用了objc_setProperty方法，通过一个接口来进行底层的调用，以达到解耦的目的。
联合体
我们知道对象内存的大小决定于属性。
假如我们有一个对象LGCar
@interface LGCar : NSObject
@property (nonatomic, assign) bool front;
@property (nonatomic, assign) bool back;
@property (nonatomic, assign) bool left;
@property (nonatomic, assign) bool right;
它有4个属性，那么它的大小就是2 * 4 = 8个字节，64位。
那么可以这样来表示，我们定义一块内存
//定义内存
0000 0000
第一位表示front是或者否
//是
0000 0001
//否
0000 0000
第二位表示back是或者否
//是
0000 0010
//否
0000 0000
第三位表示left是或者否
//是
0000 0100
//否
0000 0000
第四位表示right是或者否
//是
0000 1000
//否
0000 0000
那么，我们就可以用以下的代码来描述上面的行为
// 联合体
union {
char bits;
// 位域
struct { // 0000 1111
char front : 1;
char back : 1;
char left : 1;
char right : 1;
};
} _direction;
而其中bits就用来存储4个属性当前的状态，这就是所谓的联合体位域。
- 结构体
结构体(struct)中所有变量是“共存”的——优点是“有容乃⼤”，
全⾯；
联合体(union)中是各变量是“互斥”的——缺点就是不够“包容”；
但优点是内存使⽤更为精细灵活，也节省了内存空间。
isa
接下来，我们来研究isa，我们还是通过之前的iOS底层原理--alloc&init&new这篇文章一直往下追随，最终看到如下代码:
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
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;
#endif
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
}
那么，通过上面一段代码我们可以看到，isa最终是由isa_t复制而来，
//赋值给isa
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
那么，我们来看看isa_t是什么样子的?
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
};
由上面代码可以看到，isa_t也是一个联合体。在这个联合体中cls和bits是互斥的，即只能存在一个。
我们来看具体的结构体ISA_BITFIELD
//真机环境
# 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)
//模拟器环境
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
# 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
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
假如我们在__arm64__环境下，我们可以看到ISA_BITFIELD加起来有64位，就是8个字节，再次证实了isa是8字节的。
每位所代表的含义如下：
| 名称 | 含义 | 位数 |
|---|---|---|
| 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 ） | 1 |
| has_assoc | 关联对象标志位，0没有，1存在 | 1 |
| 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 | 1 |
| 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。 | 33 |
| 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 | 6 |
| weakly_referenced | 指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。 | 1 |
| deallocating | 标志对象是否正在释放内存 | 1 |
| 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 | 1 |
| 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 has_sidetable_rc。 | 19 |
在__arm64__和__x86_64__环境下isa的分布图如下：
我们知道obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);方法的实质就是将类和isa进行关联,其实就是这么一句代码。
//shiftcls 存储类信息
//cls就是LGPerson类
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
那么我们来证明一下：
首先我们打印(uintptr_t)cls >> 3的信息，因为在shiftcls之前有三位，所以需要右移三位
然后打印下
newisa信息
可以看到，已经把cls存入到
newisa中了，而且cls= LGPerson。
现在进行反推，如下的代码
我们打印一下
objc2信息
因为第一位是
isa信息，所以isa为0x001d8001000020e9,
接下来，我们和
ISA_MASK进行与运算，如图
为什么是
ISA_MASK呢？
我们用科学计算机打印一下，可以看到，从第三位开始后的33位都为1，其他位都为0，计算后得到的数据正好可以得到从3位开后33位的值
最终得到结果，经过与运算后得到的正是
LGPerson
结论
通过上面的计算，我们可以知道，isa包含了Class类，从而将isa与Class类进行了关联。