iOS isa指针笔记

isa指针本质

• 在arm64架构之前isa就是一个普通指针
• 在arm64架构之后，对isa进行了优化，变成了一个共用体union结构，还用了位域来存储更多的信息

union isa_t
{
    Class cls;
    uintptr_t bits;
    struct {
        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;
    };
};

• nonpointer

0，表示普通指针，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

• has_assoc

是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快

• has_cxx_dtor

是否有C++的析构函数(.cxx_destruct)，如果没有释放时会更快

• shiftcls

存放着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

• magic

用于在调试的时候分辨对象是否未完成初始化

• weakly_referenced

是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快

• deallocating

对象是否正在释放

• has_sidetable_rc

1.引用计数器是否过大无法存储在isa中
2.如果为1，引用计数器会存储在SideTable的类属性中

• extra_rc

里面存储的值是引用计数器-1

isa的日常使用

isa的指向逻辑

• 实例对象的isa指向class
• class的isa指向meta-class
• meta-class的isa指向基类的meta-class

superclass的指向逻辑

• class的superclass指向父类的class；如果没有父类，superclass指向nil。(通过superclass找到父类的meta-class，直到找到类方法的实现进行调用)
• meta-class的superclass指向父类的meta-class，基类的meta-class的superclass指向基类class

isa和superclass的指向逻辑.png

方法调用逻辑

• 在调用对象方法的时候，通过实例对象的isa找到class，如果方法不存在，就通过superclass找父类，直到找到对象方法进行调用
• 当调用类方法的时候，通过class的isa找到meta-class，如果方法没知道到，就通过superclass找到父类的meta-class，直到找到类方法的实现进行调用；如果最后基类meta-class也没有找到类方法的实现，就通过superclass找到基类的class，在基类的class中查找同名的对象方法，如果找到了同名的对象方法就进行调用，如果没找到就会进入动态方法解析阶段，动态解析后仍然没有找到方法实现就会进入消息转发阶段，如果都没有处理就抛出NSInvalidArgumentException异常。

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isa的内存地址和类对象的内存地址的关系

class的地址值：isa & ISA_MASK
objc4源码中ISA_MASK的值

# if __arm64__
// ARM64 simulators have a larger address space, so use the ARM64e
// scheme even when simulators build for ARM64-not-e.
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL

# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL

# else
#   error unknown architecture for packed isa
# endif

通过模拟源码中的数据结构，定义一个新的结构体，通过强制转换得到结构体的值，可以验证源码中结构体的组成。

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
};

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
};

#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {
    friend objc_class;
    // Values are the FAST_ flags above.
    uintptr_t bits;
    class_rw_t* data() const {
        return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
    }
};

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint16_t witness;
    class_rw_ext_t *extAlloc(const class_ro_t *ro, bool deep = false);
};

struct class_rw_ext_t {
    DECLARE_AUTHED_PTR_TEMPLATE(class_ro_t)
    class_ro_t_authed_ptr<const class_ro_t> ro;
    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;
    char *demangledName;
    uint32_t version;
};

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif
    union {
        const uint8_t * ivarLayout;
        Class nonMetaclass;
    };
    explicit_atomic<const char *> name;// 类名
    // With ptrauth, this is signed if it points to a small list, but
    // may be unsigned if it points to a big list.
    void *baseMethodList;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;
};

面试：OC类的信息存放在哪里？

• 对象方法、属性、成员变量、协议，存放在class对象中
• 类方法，存放在meta-class对象中
• 成员变量的值存放在instance对象中

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面试：isa指针指向哪里？

• instance对象的isa指向class对象
• class的isa指向meta-class对象
• meta-class的isa指向基类的meta-class对象
• 基类的meta-class的isa指向它自己