目录
- isa结构
----nonpointer
----has_assoc
----has_cxx_dtor
----shiftcls
----magic
----weakly_referenced
----has_sidetable_rc
----extra_rc
----deallocating- 位运算
----位运算简介
----通过位运算实现get方法
----通过位运算实现set方法- 位域
- 共用体
- KVO参与时的位运算
- 总结
isa结构
在
arm64结构之前，isa就是一个普通的指针。存储着Class,Mata-Class对象的内存地址。
从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，并使用位域来存储更多的信息。
在objc源码的objc-private文件中(arm64&真机环境)，经过简化之后isa共用体结构如下：
// isa共用体（arm64&真机，简化后）
union isa_t {
uintptr_t bits;
Class cls;
struct {
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 unused : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 19
};
};
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nonpointer
0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
1，代表优化过，使用位域存储更多的信息
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has_assoc
是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
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has_cxx_dtor
是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
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shiftcls
存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息
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magic
用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
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weakly_referenced
是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
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has_sidetable_rc
引用计数器是否过大无法存储在isa中
如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中
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extra_rc
里面存储的值是引用计数器减1
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deallocating
对象是否正在释放
位运算
-
位运算简介
使用位运算是为了节省空间，比如一个
Bool类型变量占用一个字节内存，也就是8位（ob代表二进制，如：0b 0000 0101），每一位都是由0和1组成。
那么如果每一位都能存储一个Bool信息的话，就不用创建多个Bool变量来存储信息了，也就节省了内存。
比如创建一个Person类，添加高、富、帅三个属性，这样三个属性占用了三个字节。是否可以把三个字节的信息节省为1个字节？
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) BOOL tall;
@property (nonatomic, assign) BOOL rich;
@property (nonatomic, assign) BOOL handsome;
@end
可以用位运算实现，比如字节a和字节b通过位运算得到新的字节
0b 0000 0001 //字节a，最后一位是1
& 0b 0000 0011 //字节b，最后两位是1
----------------
0b 0000 0001 //字节c，最后一位是1
字节a和字节b通过位运算（&）得到新的字节。
将字节里的每一位取出&（与）运算，运算结果组成了新的字节c。
补充：位运算（&与），如果大家都是1，结果才是1，其他结果都是0 。
想把c转成bool类型可以进行!（取反）操作，比如0b 0000 0001转成10进制就是1，!(1)就是NO，!!(1)就是YES，即如果c有值（c != 0）那么!!c = YES，如果c没有值（c = 0）那么!!c = NO。
-
通过位运算实现get方法
Person的三个属性tall、rich、handsome就可以保存在一个字节的数据当中：
char _tallRichHandsome = 0b00000011;
用它的倒数第一位保存tall的信息，倒数第二位保存rich的信息，倒数第三位保存handsome的信息，三个属性的get方法可以写成：
#define TallMask (1<<0)
#define RichMask (1<<1)
#define HandsomeMask (1<<2)
- (BOOL)tall {
return !!(_tallRichHandsome & TallMask);
}
- (BOOL)rich {
return !!(_tallRichHandsome & RichMask);
}
- (BOOL)handsome {
return !!(_tallRichHandsome & HandsomeMask);
}
xxxxMask一般指的是掩码，用于做位运算。
1<<2代表1向左移动2位，(0b 0000 0100)。
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通过位运算实现set方法
要实现set方法，就需要更新_tallRichHandsome指定位的值，但又不能改变其他位的值。
如果设置的值是YES，可以通过按位或运算实现：
0b 0000 0010 //字节a，倒数第二位是1
| 0b 0000 0001 //字节b，最后一位是1
----------------
0b 0000 0011 //字节d，最后两位是1
用0b 0000 0001和a做或运算，得到新的字节d，既保留了a其它位的值，又更新了a最后一位的值为1。
如果设置的值是NO，可以通过按位与运算实现：
0b 0000 0010 //字节a，倒数第二位是1
& 0b 1111 1101 //字节b，倒数第二位是0
----------------
0b 0000 0000 //字节d，都是0
用0b 1111 1101和a做或运算，得到新的字节d，既保留了a其它位的值，又更新了a最后倒数第二位的值为0。
Person的set方法可以写成：
- (void)setTall:(BOOL)tall {
if (tall) {
_tallRichHandsome |= TallMask;
}else {
_tallRichHandsome &= ~TallMask;
}
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
if (rich) {
_tallRichHandsome |= RichMask;
}else {
_tallRichHandsome &= ~RichMask;
}
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
if (handsome) {
_tallRichHandsome |= HandsomeMask;
}else {
_tallRichHandsome &= ~HandsomeMask;
}
}
~代表按位取反（~0b 0000 0100 = 0b 1111 1011）。
位域
结构体中有位域的功能，可以设定结构体内部成员占几位，比如：
struct {
char tall : 1;
char rich : 1;
char handsome : 1;
} _tallRichHandsome;
冒号后面的数字表示
tall、rich、handsome各占1位。在内存中写在上面的成员会在_tallRichHandsome所占字节的最右边。
利用位域可以优化Person中的set和get方法
- (void)setTall:(BOOL)tall {
_tallRichHandsome.tall = tall;
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
_tallRichHandsome.rich = rich;
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
_tallRichHandsome.handsome = handsome;
}
- (BOOL)tall {
return !!_tallRichHandsome.tall;
}
- (BOOL)rich {
return !!_tallRichHandsome.rich;
}
- (BOOL)handsome {
return !!_tallRichHandsome.handsome;
}
共用体
共用体结构如下：
union {
char bits;
struct {
char tall : 1;
char rich : 1;
char handsome : 1;
};
} _tallRichHandsome;
共用体中
bits和结构体都共用1个字节的内存。
bits是负责保存各个属性的值，使用位运算进行保存和读取。
结构体只是为了提高可读性，没有读写逻辑。
使用共用体Person的set和get方法可以修改为：
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
if (handsome) {
_tallRichHandsome.bits |= HandsomeMask;
}else {
_tallRichHandsome.bits &= ~HandsomeMask;
}
}
- (BOOL)handsome {
return !!(_tallRichHandsome.bits & 4);//0b00000100
}
KVO参与时的位运算
在添加KVO时，配置参数可以通过按位或传入：
[self addObserver:self forKeyPath:@"Title" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
在内部拿到的是按位或运算的结果，如果在这个结果中找出传入了那些数据？
自定义一个枚举，和setOpitions方法：
typedef enum {
OptionsOne = 1<<0,
OptionsTwo = 1<<1,
OptionsThree = 1<<2
} Options;
- (void)setOpitions:(Options)options;
1<<2 代表1向前移动2位，即0b 0000 0100
观察OptionsOne、OptionsTwo、OptionsThree按位或运算的结果：
0b 0000 0001 // OptionsOne，最后一位是1
0b 0000 0010 // OptionsTwo，倒数第二位是1
| 0b 0000 0100 // OptionsThree，倒数第三位是1
----------------
0b 0000 0111 // options，最后一位是1
最后三个option的数据都保存在了options里面。
如果想从结果中判断是否包含某个option，可以使用按位与运算来判断：
0b 0000 0111 // options，最后三位是1
& 0b 0000 0001 // OptionsOne，最后一位是1
----------------
0b 0000 0001 // 结果，最后一位是1
可以发现，OptionsOne通过和options进行与运算结果还是OptionsOne，这样就能判断options是否包含某个元素，setOptions方法内部可以这样判断：
- (void)setOpitions:(Options)options {
if (OptionsOne & options) {
// 包含OptionsOne
}
if (OptionsTwo & options) {
// 包含OptionsTwo
}
if (OptionsThree & options) {
// 包含OptionsThree
}
}
总结
了解位运算、位域、共用体后，就可以知道isa共用体内的bits是用于保存各种信息的，struct是为了提高代码可读性，列举了isa保存的各种信息，isa共用体可以简写为：
// isa共用体
union isa_t {
uintptr_t bits;
Class cls;
struct {
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 unused : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 19
};
};
之前了解过过isa指针是通过&ISA_MASK之后才能得到Class对象的地址：
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
将ISA_MASK转成2进制可以看出，从第3位开始总共有33个1，正好对应着isa共用体中的shiftcls，shiftcls存储了class的指针数据，也印证了class = isa&ISA_MASK。（可以发现类对象、元类对象地址值后三位都是0）。
Tips：正常无法拿到OC对象的isa指针地址，可以创建一个和OC对象底层结构一样的结构体，将OC对象转成结构体，再读取isa指针地址。
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