1.isa结构
在NSObject内会自带一个属性isa，这个isa在底层里其实是一个联合体，其结构如下所示：
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
};
其中，ISA_BITFIELD作为结构体所定义的参数的宏，在isa中扮演了重要的角色，我们可以看一下在x86架构下，ISA_BITFIELD内部结构是怎么样的。
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \ //表示是否对 isa 指针开启指针优化，0:纯isa指针，1:不止是类对象地址,isa 中包含了类信息、对象的引用计数等
uintptr_t has_assoc : 1; \ //关联对象标志位，0没有，1存在
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \ //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,则可以更快的释放对象
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \ //存储类指针的值。开启指针优化的情况下，在 arm64 架构中有 33 位用来存储类指针。
uintptr_t magic : 6; \ // magic:用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间
uintptr_t weakly_referenced : 1; \ //指对象是否被指向或者曾经指向一个 ARC 的弱变量，没有弱引用的对象可以更快释放
uintptr_t deallocating : 1; \ //标志对象是否正在释放内存
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \ //当对象引用技术大于 10 时，则需要借用该变量存储进位
uintptr_t extra_rc : 8 // 表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减 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， 则需要使用到下面的 has_sidetable_rc。
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
2.isa的初始化
当我们再探究alloc底层原理的时候，我们就会发现isa初始化的时候，类和对象是通过isa联系在一起。
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
assert(!cls->instancesRequireRawIsa());
assert(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
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;
}
}
通过isa的结构我们认识到，!nonpointer是一个纯isa指针，存储着类、元类的地址，这种情况下我们直接进行class赋值就行了，而nonpointer的情况下，则是对isa做了一系列的优化，对isa里的联合体位域进行了初始化赋值。
3.isa 指向分析
1.对象和类
LGPerson *person = [LGPerson alloc]
NSLog(@"preson ==== %@",person);
我们在NSLog处设一断点，lldb调试打印person的指针地址：
(lldb) x/4gx person
0x100f3d800: 0x001d800100001529 0x0000000000000000
0x100f3d810: 0x0000000100f3d8e0 0x0000000100f3db20
0x001d800100001529其实就是isa，为什么这么说呢？我们知道，在内存里面，系统会对我们定义的属性做一次二进制重排，优化我们的内存，使我们的属性位置发生变化。但是，当前对象的第一个属性必然是isa，因为当前对象的属性isa是来自于继承，继承自NSObject，而这个时候当前的对象的属性列表还没有进行编译，所以说对象的第一个属性必然是isa。
通过isa的初始化，我们知道，如果0x001d800100001529是isa，那么isa必然会关联class。
了解runtime的同学都知道有这么一个API,object_getClass(id obj)，源码如下：
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
objc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();
//注：一般情况下都不是isTaggedPointer，一般都不走下面
uintptr_t ptr = (uintptr_t)this;
if (isExtTaggedPointer()) {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
return objc_tag_ext_classes[slot];
} else {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
return objc_tag_classes[slot];
}
}
objc_object::ISA()
{
assert(!isTaggedPointer());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA // 0
if (isa.nonpointer) {
uintptr_t slot = isa.indexcls;
return classForIndex((unsigned)slot);
}
return (Class)isa.bits;
#else
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK); //#define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
#endif
}
从源码中很容易可以看出，对象是通过isa关联到了当前的类。下面我们通过lldb调试证实一下。首先，我们打印一下LGPerson.class的指针地址得到：
(lldb) p/x LGPerson.class
(Class) $12 = 0x0000000100001528 LGPerson
接着，通过源码objc_object::ISA() 方法接着调试：
(lldb) p/x 0x001d800100001529 & 0x00007ffffffffff8
(long) $13 = 0x0000000100001528
(lldb) po 0x0000000100001528
LGPerson
打印出来最后的结果正好是LGPerson，正好证明了0x001d800100001529就是isa,也证明了isa关联了对象和类。
2.类与元类
对象的isa在通过掩码ISA_MASK处理之后，就会指向类的内存空间，那么类呢？我们继续通过lldb调试来看一下：
(lldb) x/4gx LGPerson.class
0x100001530: 0x001d800100001509 0x0000000100afd140
0x100001540: 0x00000001003a0280 0x0000000000000000
接着，我们打印一下0x001d800100001509,
(lldb) p 0x001d800100001509
(long) $4 = 8303516107937033
发现竟然打印不出来，那么我们就来打印一下地址
(lldb) po 0x100001530
LGPerson
lldb调试.png
通过调试我们发现根元类的isa还是指向了根元类，由此我们可以理解到apple官方给出的isa的走位指向图。
isa流程图.png
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