本文的主要目的是理解类与isa是如何关联的
首先了解一下OC对象的本质是什么
- Clang
clang是一个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/OC的编译器 - 主要是用于底层编译，将一些文件输出成
c++文件，例如main.m输出成main.cpp，其目的是为了更好的观察底层的一些结构及实现的逻辑，方便理解底层原理。 - 在main中自定义一个类LGPerson，有一个属性name
@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end
@implementation LGPerson
@end
- 通过终端，利用
clang将main.m编译成main.cpp，有以下几种编译命令
//1、将 main.m 编译成 main.cpp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
//2、将 ViewController.m 编译成 ViewController.cpp
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.7.sdk ViewController.m
//以下两种方式是通过指定架构模式的命令行，使用xcode工具 xcrun
//3、模拟器文件编译
- xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
//4、真机文件编译
- xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp
- 打开
main.app,发现 LGPerson在底层会被编译为struct结构体-
LGPerson_IMPL中的第一个属性 其实就是isa，是继承自NSObject，属于伪继承，伪继承的方式是直接将NSObject结构体定义为LGPerson中的第一个属性，意味着LGPerson 拥有NSObject中的所有成员变量。
-
//NSObject的定义
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
//NSObject 的底层编译
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
//LGPerson的底层编译
struct LGPerson_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 等效于 Class isa;
NSString *_name;
};
这里产生了一个疑问，为什么
isa的类型是class？
- 这个答案在之前的
initInstanceIsa方法中可以得出。其根本原因是由于isa 对外反馈的是类信息，为了让开发人员更加清晰明确，需要在isa返回时做了一个类型强制转换，类似于swift中的 as 的强转。
总结
-
OC对象的本质其实就是结构体 - LGPerson中的
isa是继承自NSObject中的isa
objc_setProperty源码探索
- 【1】在main.app中除了
LGPerson的底层定义，还有属性name对应的get和set方法，set方法的实现是依赖于runtime中的objc_setProperty
- 【2】在objc-781中搜索进入
objc_setProperty的源码实现
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);
}
-【3】进入reallySetProperty
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);//设置isa指向
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);//retain新值
}
if (!atomic) {
oldValue = *slot;
*slot = newValue;//设置新值
} else {
spinlock_t& slotlock = PropertyLocks[slot];
slotlock.lock();
oldValue = *slot;
*slot = newValue;//设置新值
slotlock.unlock();
}
objc_release(oldValue);//relrase 旧值
}
总结
- 实际上
objc_setProperty就是用来将上层的属性set方法与底层reallySetProperty关联。 - 设计
objc_setProperty的原因是为了避免上层set方法直接调用底层set方法，这样会产生很大的临时变量 - 因此，苹果采用了
适配器设计模式（即将底层接口适配为客户端需要的接口），对外提供一个接口供上层的set方法使用，对内调用底层的set方法，使其相互不受影响，即无论上层怎么变，下层都是不变的，或者下层的变化也无法影响上层，主要是达到上下层接口隔离的目的
cls 与 类 的关联原理
在此之前，需要先了解什么是联合体，为什么
isa的类型isa_t是使用联合体定义
联合体（union）
构造数据类型的方式有以下两种：
-
结构体（struct）
结构体是指把不同的数据组合成一个整体，其变量是共存的，变量不管是否使用，都会分配内存。-
缺点：所有属性都分配内存，比较
浪费内存，假设有4个int成员，一共分配了16字节的内存，但是在使用时，你只使用了4字节，剩余的12字节就是属于内存的浪费 -
优点：
存储容量较大，包容性强，且成员之间不会相互影响
-
-
联合体（union，也称为共用体）
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的类型 isa_t
isa_t类型使用联合体的原因也是基于内存优化的考虑，这里的内存优化是指在isa指针中通过char + 位域（即二进制中每一位均可表示不同的信息）的原理实现。通常来说，isa指针占用的内存大小是8字节，即64位，已经足够存储很多的信息了，这样可以极大的节省内存，以提高性能
- 源码实现
union isa_t { //联合体
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
//提供了cls 和 bits ，两者是互斥关系
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
-
提供了两个成员，
cls和bits，由联合体的定义所知，这两个成员是互斥的，也就意味着，当初始化isa指针时，有两种初始化方式-
通过
cls初始化，bits无默认值 -
通过
bits初始化，cls有默认值
-
-
还提供了一个结构体定义的
位域，用于存储类信息及其他信息，结构体的成员ISA_BITFIELD，这是一个宏定义，有两个版本__arm64__（对应ios 移动端）和__x86_64__（对应macOS），以下是它们的一些宏定义
-
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
- 如果
-
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：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：extra_rc不足以保存引用计数时，标记为true，使用sidetable来进行管理，借⽤该变量存储进位 -
extra_rc：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，则需要使⽤到上⾯的has_sidetable_rc
isa的存储情况
-
原理探索
- 【1】进入
initInstanceIsa的路径:alloc -> _objc_rootAlloc -> callAlloc -> _objc_rootAllocWithZone -> _class_createInstanceFromZone
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
//初始化isa
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
- 【2】进入initIsa方法的源码实现，主要是初始化isa指针
- 通过
cls初始化isa - 或
- 通过
bits初始化isa
- 通过
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);//isa初始化
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);//isa初始化
#if SUPPORT_INDEXED_ISA // !nonpointer 执行流程，即isa通过cls定义
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 // bits 时执行的流程
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE; //bits进行赋值 为 0x001d800000000001ULL
// 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;
}
}
isa 与 类 的关联
cls与isa关联原理就是isa指针中的shiftcls位域中存储了类信息，其中initInstanceIsa的过程是将calloc 指针和当前的类cls关联起来
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