探究isa指针本质

作者: 我是C | 来源:发表于2018-08-31 19:14 被阅读44次

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和之前一样，也是从源码中找到答案。
我们都知道，实例对象的isa指针指向类对象，类对象的isa指针指向元类对象。

1.查找isa_t

union isa_t //共用体
{
    Class cls;
    uintptr_t bits;
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
   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 deallocating      : 1;
        uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
        uintptr_t extra_rc          : 19;
#       define RC_ONE   (1ULL<<45)
#       define RC_HALF  (1ULL<<18)
    };
};

删除了一些其他cpu架构的东西，精简了一下。发现isa是union，而不是struct。

2.union和struct有什么区别呢？

union：顾名思义，就是多个成员共用一块内存。在编译时会选取成员中长度最长的来声明。
struct：结构体，每个成员都是独立的一块内存。

struct MyStruct{
    int a;
    char b;
};

union MyUnion{
    int a;
    char b;
};


int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        struct MyStruct ss = {4,'c'};
        NSLog(@"%d -- %c -- size:%lu",ss.a,ss.b,sizeof(struct MyStruct));
        
        union MyUnion uu = {};
        uu.a = 1;
        uu.b = 'a';
        NSLog(@"%d -- %c -- size:%lu",uu.a,uu.b,sizeof(union MyUnion));
        
    }
    return 0;
}

2018-08-31 15:52:35.581971+0800 runtime[42752:838764] 4 -- c -- size:8
2018-08-31 15:52:35.582185+0800 runtime[42752:838764] 97 -- a -- size:4

由此可知道，共用体 union 多个成员公用一块内存。

3.语法解释
1)uintptr_t nonpointer : 1;：：1占一位也就是0、1，不需要看前面的类型
2)isa_t 共用体里的 struct 作用跟说明书一样。
3)uintptr_t bits：8字节，uintptr_t 类型是 unsigned long

所以，该共用体内存大小是8字节，64位。

4.位运算
1)& 与
1 & 1 = 1；
1 & 0 = 0；
0 & 0 = 0；

2)| 或
1 | 1 = 1；
1 | 0 = 1；
0 | 0 = 1；

3)1<<0;
0000 0001

1<<1;
0000 0010

1<<2;
0000 0100

4)按位取值
0000 1001 ，如何取出最后一位的1？

0000 1001
&0000 0001（1<<0）掩码
=
0000 0001

0000 1001
&0000 1000（1<<4）掩码
=
0000 1000

用&可以取出对应位的值

5）按位设值
0000 0001 ，如何设值为 0000 1001 ？

1>设置为1
0000 0001
| 0000 1000（1<<4）掩码
=0000 1001

2>设置为0
0000 1001 ，如何设值为 0000 0001 ？

0000 1000（1<<4）掩码取反~
11 11 0111

0000 1001
& 1111 0111
=0000 0001

6.分析isa_t
看了一些资料发现：
·在arm64 架构之前，isa就是一个普通的指针，存储Class、Meta-Class对象指针。
·在arm64 架构之后，对isa进行了优化，isa变成了一个union结构,并且使用位域存储更多的信息

我们来看看每一个位域作用：

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

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
存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息

magic
用于在调试时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

extra_rc
里面存储的值是引用计数器减1

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

我们来代码验证一下：
注意：真机下，iOS项目

union gl_isa_t //共用体
{
    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; // 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;
    };
};

struct gl_objc_object {
    union gl_isa_t isa;
};