对象与类的关联

我们从对象的alloc源码中可以看到obj->initIsa(cls)这句代码,正是isa的存在才让我们的对象和类关联在了一起
isa 到底是个什么东西呢

union isa_t {
   isa_t() { }
   isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }

   Class cls;
   uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
//位域
   struct {
//这里是一个宏定义,为了去分不同架构下(x86 ,arm64)的对应的值是不一样的
       ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
   };
#endif
};

下边是ISA_BITFIELD这个宏的定义

# 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)

# 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)

# else
#   error unknown architecture for packed isa
# endif

// SUPPORT_PACKED_ISA
#endif

nonpointer 表示是否对isa指针开启指针优化,0表示纯isa指针,1:不止是类对象地址,还包含了类信息,对象的引用计数等信息
has_assoc 关联对象标识位,0表示没有,1表示存在
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,则更快的释放对象
shiftcls 存储类指针的值,开启指针优化的情况下arm64架构中有32位来存储类指针
magic用于调试器判断当前对象是真的对象还是没初始化的控件
weakly_referenced标志对象是否指向或者曾经指向一个arc的弱变量,没有若引用的对象可以更快的释放
deallocating标志对象正在释放内存
has_sidetable_rc当前对象引用计数大于10时,则需要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-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其实就是一个union 联合体 + 位域

initIsa方法实现

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
    assert(!isTaggedPointer()); 
    
    if (!nonpointer) {
        isa.cls = 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;
    }
}

里边有一个 class的东西
isa.cls = cls; 将类赋值给了isa从而使对象和类产生了关联

对象的第一个属性必然为isa,来自于继承,在属性列表编译之前就存在,他来自于NSObject,

下边我们来验证一下,
首先补充几个lldb打印的命令:

• p/t 二进制打印
• p/0 八进制打印
• p/x 十六进制打印
• p/d 十进制打印

image.png

打一个断点打印当前p对象内存段
然后以二进制打印(isa地址)0x00000001039f6588

image.png
然后打印我们的目标地址也就是people类地址

newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;

然后右移三位打印

image.png

然后我们isa先右移三位,然后左移17右移17(排除其他无关因素)

image.png

可以看到红框内的地址是相等的,证明isa地址就是类的地址

下边介绍一个简单的方法,利用ISA_MASK蒙版与isa进行&运算,

image.png

x/4xg p打印当前p对象拿到第一个内存段也就是isa,然后以二进制打印LGPerson的类地址,然后
isa&mask ,当前是模拟器所以取x86架构下的mask 为0x00007ffffffffff8
然后对比$3和$2是一模一样的,由此证明对象的第一个属性就是isa也是联系其对象和类的关键,也就是isa指向类结构.

接下来又会有一个疑问,$1到底是个什么东西
他是一个元类(meteClass).
类是代码写出来时就存在的,内存中只有一份,是系统创建的
元类是系统编译时发现有这么一个类,也同时创建的,并且也实例化不出来
对象是由类实例化出来的,类对象是由元类实例化出来的.
对象isa->类isa->元类isa->根元类isa->根元类isa 行成闭环

isa流程图.png
验证流程
image.png

类对象，元类，跟元类结构体的组成以及他们是如何相关联的？

• 对象的结构体当中存放着isa指针和成员变量，isa指针指向类对象
• 类对象的isa指针指向元类，元类的isa指针指向NSObject的元类
• 类对象和元类的结构体有isa，superClass，cache等等

为什么对象方法中没有保存对象结构体里面，而是保存在类对象的结构体里面？

• 方法是每个对象相互可以共用的，如果每个对象都存储一份方法列表太浪费内存，由于对象的isa是指向类对象的，当调用的时候， 直接去类对象中去查找就可以了，节约了很多内存空间。

类方法存在哪里？ 为什么要有元类的存在？

• 所有的类自身也是一个对象，我们可以向这个对象发送消息(即调用类方法)。 为了调用类方法，这个类的isa指针必须指向一个包含这些类方法的一个objc_class结构体。这就引出了meta-class的概念，元类中保存了创建类对象以及类方法所需的所有信息。