前言
我们都知道OC是一门面向对象的开发语言，那么在开发中免不了经常会提起的一个词，就是对象。我们也经常会说万物皆对象，说到对象就不得不说另外一个isa，那么对象的本质是什么呢？对象和isa到底是什么关系呢？接下来让我们一起探索。
一、对象
我们探索对象本质之前需要先了解一个编译器Clang。
Clang
- Clang是⼀个由Apple主导编写，基于
LLVM的C/C++/Objective-C编译器。 - Clang可以将源文件编译成
.cpp，可执行文件。
Clang常用编译命令：
- 把⽬标⽂件编译成c++⽂件
-o：输出
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp- UIKit报错问题
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot /
Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/
iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.mxcode安装的时候顺带安装了xcrun命令，xcrun命令在clang的基础上进⾏了⼀些封装，要更好⽤⼀些
(模拟器)
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
(⼿机)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main�-arm64.cpp
对象的本质
下面我们通过Clang来探索对象的本质，实例代码如下：
@interface JPerson : NSObject
{
int age;
}
@property (nonatomic, strong) NSString *JCName;
@property (nonatomic, assign) float height;
@end
@implementation JPerson
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
NSLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
首先cd到我们需要编译的文件路径下，然后执行clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp命令，生成.cpp的一个文件，我们打开.cpp文件来分析底层实现。
全局搜索JPerson类：
#ifndef _REWRITER_typedef_JPerson
#define _REWRITER_typedef_JPerson
typedef struct objc_object JPerson;
typedef struct {} _objc_exc_JPerson;
#endif
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_JPerson$_JCName;
extern "C" unsigned long OBJC_IVAR_$_JPerson$_height;
struct JPerson_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int age;
float _height;
NSString *_JCName;
};
// @property (nonatomic, strong) NSString *JCName;
// @property (nonatomic, assign) float height;
/* @end */
// @implementation JPerson
static NSString * _I_JPerson_JCName(JPerson * self, SEL _cmd) { return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JPerson$_JCName)); }
static void _I_JPerson_setJCName_(JPerson * self, SEL _cmd, NSString *JCName) { (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JPerson$_JCName)) = JCName; }
static float _I_JPerson_height(JPerson * self, SEL _cmd) { return (*(float *)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JPerson$_height)); }
static void _I_JPerson_setHeight_(JPerson * self, SEL _cmd, float height) { (*(float *)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JPerson$_height)) = height; }
// @end
从源码我们可以看出
-
JPerson的底层就是结构体JPerson_IMPL，里面包括我们定义的属性和成员变量 -
JPerson继承自NSObject，底层是JPerson_IMPL继承自NSObject_IMPL，属于伪继承 - 定义的
属性在底层都统一变成带_ 的成员变量，底层实现了setter和getter方法， -
NSObject_IVARS就是NSObject中的isa指针
扩展：
- 为什么底层
JPerson是objc_object结构体类型呢？那是因为在上层JPerson继承NSObject，但是NSObject真正的底层实现是objc_object -
Class是一个objc_class的结构体指针类型，objc_class是类的底层实现 -
id在底层也是一个objc_object结构体指针类型，所以可以使用id person的方式修饰，而不需要加*号
typedef struct objc_object JPerson;
# 对象的底层实现
struct objc_object {
Class _Nonnull isa __attribute__((deprecated));
};
typedef struct objc_object *id;
# NSObject的底层实现
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
typedef struct objc_class *Class;
# 类的底层实现
struct objc_class {
Class _Nonnull isa __attribute__((deprecated));
} __attribute__((unavailable));
- 属性的
getter方法为什么是通过(*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_JPerson$_JCName))去获取值的呢？因为在我们的堆空间里面是不知道值的具体位置的，而是通过首地址+变量的偏移量去得到相应的值
二、NonPointerIsa
首先我们来看一下结构体位域和联合体是什么？
1. 结构体位域(bit)
我们知道一个字节=8位(bit)，有些数据存储并不需要一个字节，比如Bool类型的数据，只有0和1两种状态，我们可以用1位来存储达到节省内存空间的作用。下面看一下具体代码实现
# 4字节 * 8位(Bit) = 32 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
# 只需要4 位
# 1 字节 3倍浪费
struct NormalCar1 {
BOOL front; // 0 1
BOOL back;
BOOL left;
BOOL right;
};
# 位域
struct BitCar2 {
BOOL front: 1; #代表1位，也可以随便自定义多少位
BOOL back : 1;
BOOL left : 1;
BOOL right: 1;
};
#二进制输出为: 0000 1111
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
struct NormalCar1 car1;
struct BitCar2 car2;
NSLog(@"%ld-%ld",sizeof(car1),sizeof(car2));
}
return 0;
}
2021-06-15 22:50:43.793511+0800 001-联合体位域[99097:1645306] 4-1
从输出结果可以看到，不用位域的方式输出是4个字节，而位域的方式只需要1个字节。这就是差别
2. 联合体(union)
# 共存
struct NormalTeacher {
char *name;
int age;
double height ;
};
# 联合体 互斥
union UnionTeacher {
char *name;
int age;
double height ;
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
struct NormalTeacher teacher1;
teacher1.name = "CC";
teacher1.age = 18;
union UnionTeacher teacher2;
teacher2.name = "CC";
teacher2.age = 18;
NSLog(@"%ld-%ld",sizeof(teacher1),sizeof(teacher2));
}
return 0;
}
(lldb) p teacher1
(NormalTeacher) $1 = (name = "CC", age = 18, height = 0)
(lldb) p teacher2
(UnionTeacher) $2 = (name = "", age = 18, height = 2.1219957998584539E-314)
2021-06-15 23:56:12.676728+0800 001-联合体位域[370:1673124] 24-8
从打印信息可以看出，尽管我们对name进行了赋值，但是在union中只打印出了后面赋值的属性值，而结构体会将赋值的属性值全部打印出来。
总结：
- 联合体的
内存大小由其中最大的成员变量的大小决定。 - 联合体中的所有变量共用一块内存，变量之间
互斥。
优缺点：
- 内存使用灵活，节省内存空间。
- 不够
包容,变量互斥。
3. isa指针结构
alloc一个对象底层核心的三个方法是cls->instanceSize(),calloc(1, size),obj->initIsa(cls)，我们知道obj->initIsa(cls)方法是对象和isa进行关联，那么isa是怎么来的呢？
通过断点进入到objc_object::initIsa()方法
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
# 是否是纯的isa
if (!nonpointer) {
# 如果是纯的isa的话直接赋值类
isa = isa_t((uintptr_t)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;
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
instantiation
isa = newisa;
}
}
我们可以发现其中比较重要的一个类型isa_t，看一下isa_t的实现
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
源码分析: isa_t是联合体，里面包括两个析构函数,cls,bits,而联合体是互斥的，这意味着：
-
cls被赋值了，那么bits就没有值或者被覆盖 -
bits被赋值了，那么cls就没有值或者被覆盖
在isa_t联合体中还有一个结构体，里面放着一个ISA_BITFIELD成员变量，这是一个宏，主要通过位域的方式来存储信息，具体信息如下：
ISA_BITFIELD描述.png
总结：
-
isa指针分为nonPointerIsa和非nonPointerIsa，非nonPointerIsa是一个纯isa指针类型，只包含类指针的值；而nonPointerIsa还包含一些其他类的信息 -
isa是联合体+位域的方式存储信息的，主要目的是为了节省内存空间；
4. isa关联类的方式
-
isa位运算 -
isa&ISA_MASK掩码
接下来验证这两种方式：
（这里需要扩展一个知识，iOS是属于小端模式，所以读取数据是从后往前读取的）
-
isa位运算：
类信息是存储在isa指针中的，在位域中用shiftcls来存储，x86_64中从第17位开始存储，大小为44位。位运算的目的就是为了只保留shiftcls信息，其他的位置全部归零。如下图
isa位运算.png
isa位运算图示.png
总结：通过一系列的位运算的最终可以得到类信息，这就是一个纯的isa，这说明isa已经和类进行了关联
-
isa&ISA_MASK：
ISA_MASK是一个宏定义。__x86_64__下的值是0x00007ffffffffff8ULL，__arm64__下的值是0x0000000ffffffff8ULL。我们通过宏定义来验证一下结果。如下图
isa&ISA_MASK.png
图中可以看出
isa & ISA_MASK可以得到JCPerson，说明isa和类已经进行了关联。通过打印ISA_MASK的二进制数据，可以看出前面17位和后面3位都为0，中间44位为1。ISA_MASK就像一个面具，需要将哪里露出来就&上，其他的部分全部抹掉。
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