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

isa结构分析

什么是对象？

测试类DebugPerson

利用clang编译main.m文件