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Runtime：isa原理分析

Runtime：isa原理分析

作者: 码小菜 | 来源:发表于2020-02-05 12:43 被阅读0次
    夜景

    目录
    一，正常存储
    二，位运算
    三，位域
    四，共用体
    五，NS_OPTIONS
    六，isa_t
    七，ISA_MASK

    一，正常存储

    1，实例代码

    // Person
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign, getter=isTall) BOOL tall;
@property (nonatomic, assign, getter=isRich) BOOL rich;
@property (nonatomic, assign, getter=isHandsome) BOOL handsome;
@end

@implementation Person
@end

// 使用
Person *person = [Person new];
person.tall = YES;
person.rich = NO;
person.handsome = YES;
NSLog(@"%d---%d---%d", person.isTall, person.isRich, person.isHandsome);

// 打印
1---0---1

    2，说明

    系统会自动生成三个成员变量来存储这三个属性的值，每个成员变量占一个字节，三个成员变量就需要三个字节，下面我们换一种方式，用一个字节来存储这三个属性的值

    二，位运算

    1，实例代码

    //#define TallMask     0b00000001
//#define RichMask     0b00000010
//#define HandsomeMask 0b00000100
#define TallMask     (1<<0)
#define RichMask     (1<<1)
#define HandsomeMask (1<<2)

@implementation Person
{
    /*
     占一个字节，默认值为0b00000000
     最后一位存储tall，倒数第二位存储rich，倒数第三位存储handsome
     */
    char _tallRichHandsome;
}
- (void)setTall:(BOOL)tall {
    if (tall) {
        /*
         将1存储到最后一位，其他位不变
          0000 0000
         |0000 0001
          ---------
          0000 0001
         */
        _tallRichHandsome |= TallMask;
    } else {
        /*
        将0存储到最后一位，其他位不变
         0000 0001
        &1111 1110
         ---------
         0000 0000
        */
        _tallRichHandsome &= ~TallMask;
    }
}
- (BOOL)isTall {
    /*
    取出最后一位的值，其他位置0
     0000 0001
    &0000 0001
     ---------
     0000 0001
    */
    return !!(_tallRichHandsome & TallMask);
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
    if (rich) {
        _tallRichHandsome |= RichMask;
    } else {
        _tallRichHandsome &= ~RichMask;
    }
}
- (BOOL)isRich {
    return !!(_tallRichHandsome & RichMask);
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
    if (handsome) {
        _tallRichHandsome |= HandsomeMask;
    } else {
        _tallRichHandsome &= ~HandsomeMask;
    }
}
- (BOOL)isHandsome {
    return !!(_tallRichHandsome & HandsomeMask);
}
@end

    2，说明

    • 与（&）：两个都是1结果才为1
    • 或（|）：只要一个是1结果就为1
    • 取反（~）：将所有位取反，1变0，0变1
    • 两次取反（!!）：将char类型转为BOOL类型
    三，位域

    1，实例代码

    @implementation Person
{
    // 占一个字节
    struct {
        char tall : 1;     // 占最后一位
        char rich : 1;     // 占倒数第二位
        char handsome : 1; // 占倒数第三位
    } _tallRichHandsome;
}
- (void)setTall:(BOOL)tall {
    _tallRichHandsome.tall = tall;
}
- (BOOL)isTall {
    return !!_tallRichHandsome.tall;
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
    _tallRichHandsome.rich = rich;
}
- (BOOL)isRich {
    return !!_tallRichHandsome.rich;
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
    _tallRichHandsome.handsome = handsome;
}
- (BOOL)isHandsome {
    return !!_tallRichHandsome.handsome;
}
@end

    2，说明

    • 结构体中三个成员虽然都是char类型，但并不是各占一个字节，而是各占一位
    • 结构体的大小是所有成员大小的总和，本应该只占三位的，但结构体的最小单位是字节，所以就占一个字节
    四，共用体

    1，实例代码

    #define TallMask     (1<<0)
#define RichMask     (1<<1)
#define HandsomeMask (1<<2)

@implementation Person
{
    // 占一个字节
    union {
        char bits;
        // 增加可读性
        struct {
            char tall : 1;
            char rich : 1;
            char handsome : 1
        };
    } _tallRichHandsome;
}
- (void)setTall:(BOOL)tall {
    if (tall) {
        _tallRichHandsome.bits |= TallMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~TallMask;
    }
}
- (BOOL)isTall {
    return !!(_tallRichHandsome.bits & TallMask);
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
    if (rich) {
        _tallRichHandsome.bits |= RichMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~RichMask;
    }
}
- (BOOL)isRich {
    return !!(_tallRichHandsome.bits & RichMask);
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
    if (handsome) {
        _tallRichHandsome.bits |= HandsomeMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~HandsomeMask;
    }
}
- (BOOL)isHandsome {
    return !!(_tallRichHandsome.bits & HandsomeMask);
}
@end

    2，说明

    • BOOL值都存储在bits中，结构体没有实际意义，只为增加可读性
    • 共用体的大小是最大成员的大小，bits和结构体都占一个字节，所以共用体也占一个字节
    五，NS_OPTIONS
    // 每个选项占一位
typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, MyOptions) {
    MyOptionsNone  = 0,      // 0b00000000
    MyOptionsOne   = 1 << 0, // 0b00000001
    MyOptionstwo   = 1 << 1, // 0b00000010
    MyOptionsThree = 1 << 2  // 0b00000100
};

- (void)setOptions:(MyOptions)options {
    // 0b00000101 & 0b00000001 = 0b00000001
    if (options & MyOptionsOne) {
        NSLog(@"options包含MyOptionsOne");
    }
    // 0b00000101 & 0b00000010 = 0b00000000
    if (options & MyOptionstwo) {
        NSLog(@"options包含MyOptionstwo");
    }
    // 0b00000101 & 0b00000100 = 0b00000100
    if (options & MyOptionsThree) {
        NSLog(@"options包含MyOptionsThree");
    }
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // 0b00000001 | 0b00000100 = 0b00000101
    MyOptions options = MyOptionsOne | MyOptionsThree;
    [self setOptions:options];
}

// 打印
options包含MyOptionsOne
options包含MyOptionsThree
    六，isa_t

    源码下载地址

    1，在arm64之前，isa就是一个普通的指针，只存储class对象或meta-class对象的内存地址

    struct objc_object {
    Class isa;
};

    2，从arm64开始，isa就不是一个普通的指针了，而是一个共用体，不仅存储了class对象或meta-class对象的内存地址，而且还存储了其他更多的信息

    struct objc_object {
    isa_t isa;
};

union isa_t {
    // 占八个字节
    uintptr_t bits;
    struct {
    # if __arm64_ // iOS平台
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 33;
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 19
    # elif __x86_64__ // Mac平台
        uintptr_t nonpointer        : 1;
        uintptr_t has_assoc         : 1;
        uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
        uintptr_t shiftcls          : 44;
        uintptr_t magic             : 6;
        uintptr_t weakly_referenced : 1;
        uintptr_t deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 8
    #endif
    };
};

    3，各位域的含义

    • nonpointer

    0表示isa是普通指针；1表示isa是共用体

    • has_assoc

    是否设置过关联对象

    • has_cxx_dtor

    是否含有C++析构函数

    • shiftcls

    存储class对象或meta-class对象的内存地址

    • magic

    对象是否完成初始化

    • weakly_referenced

    对象是否被弱指针引用过

    • deallocating

    对象是否正在销毁

    • extra_rc

    存储的值是对象的引用计数减1

    • has_sidetable_rc

    0表示引用计数存储在extra_rc中；1表示引用计数存储在SideTable中（当引用计数过大extra_rc存储不下时）

    七，ISA_MASK

    1，底层代码

    # if __arm64_
    /*
     从倒数第四位开始有33个1
     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
     1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000
     */
    # define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
    /*
     从倒数第四位开始有44个1
     0000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111
     1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000
     */
    # define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
#endif

inline Class objc_object::ISA() {
    // 取出class对象或meta-class对象的内存地址
    return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
}

    2，打印验证（Mac平台）

    Class无法打印isa的地址，所以用yj_objc_class代替，它就是objc_class，只是加了个前缀而已

    NSObject *instance = [[NSObject alloc] init];
yj_objc_class *clas = (__bridge yj_objc_class *)[NSObject class];
Class metaClass = object_getClass([NSObject class]);
    ISA_MASK

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