学习runtime涉及知识点,首先需要学习的是runtime的对象模型以及整体架构,对runtime整体有了基本的了解之后,你会发现他的API实现思路其实并不是特别复杂,
另外,由于本人学习底层知识的途径是李明杰老师的教学视频,所以大部分内容会有相同或者相似的地方,文章中也会尽量多的涉及自己的思考.下面进入今天的正题

isa指针

首先什么是isa指针?为什么学习runtime需要先学习isa指针呢?
在oc中,大部分的对象都是继承自NSObject,NSObject底层简化结构为

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
}

按照我的个人理解,就是对象本身寻找自己所属类的途径,你可以理解为你本身为一个实例对象.你的isa指针就会指向所属类对象->中国人,而中国人类对象又会通过他的isa指针指向他所属的类对象亚洲人,按照一层一层的关系最终会寻找到最基础的类,成为元类(metaClass).
对isa说明最经典的还是网上的一张图片

Snip20190122_1.png
第一次看这张图时,一脸懵逼,这是什么?
其实这就是当你创建一个实例对象之后,实例对象查找类对象和元类对象的路线图,以及通过superClass指针查找父类的路线图,
isa指针是横向的关系,从实例对象instance object isa -> class object isa -> meta class.这些都是上层的知识点.当你理解了isa指针是什么,并且了解了他的作用之后,关注点会变更为oc实现isa指针的原理逻辑

isa底层实现

isa底层结构经历过优化,时间点为arm64架构之后
在arm64架构之前,isa指针知识单纯地一个C指针,指向Class对象/metaClass对象.
在arm64架构之后,isa指针使用了isa_t结构.在获取存储Class内存地址时不能直接使用isa,需要做位运算 isa & ISA_MASK(0x0000000ffffffff8ULL)

struct objc_object {
            isa_t isa;
        }

isa_t简化结构如下,我去除了条件编译的部分,只拿出arm64 架构下的结构讲解,其他架构是一样的思路.

union isa_t {
            uintptr_t bits;

            struct {
                uintptr_t nonpointer        : 1; // 是否是指针,旧架构isa为指针,值为0, 新架构为isa_t结构体,值为1
                uintptr_t has_assoc         : 1; // 是否有关联对象, 没有会释放更快,此此段标识是否曾经关联过,清空后该值夜还是会标识
                uintptr_t has_cxx_dtor      : 1; // 是否有析构函数, 没有会释放更快
                uintptr_t shiftcls          : 33; // MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000
                uintptr_t magic             : 6; // 用于调试时判断对象是否已经初始化
                uintptr_t weakly_referenced : 1; // 是否有弱引用指针, 没有回释放更快,同上
                uintptr_t deallocating      : 1; // 对象是否正在释放
                uintptr_t has_sidetable_rc  : 1; // 引用计数器是否过大,如果为1,引用计数回存储在一个SlideTable的类属性中
                uintptr_t extra_rc          : 19; // 引用计数-1
            };
        }

isa_t使用的是共用体以及位域结构实现的,对位域和共用体不了解的小伙伴可以自己学一下,这里我只介绍大概使用.

共用体:就是所有的数据共用一块内存空间,例如

union cf_test {
    int cf1;
    int cf2;
    int cf3;
}

cf_test.cf2 = 2;
NSLog(@"%d", cf_test.cf3) == 2;

以上结构中,当你更改了任何一个变量,cf_t.cf1 = 1.0,调用其他的变量都会获取到值,因为共用的是同一块内存,
位域:指信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位.示例如下

struct foo_t {
  unsigned int b1 : n1,
  b2 : n2,
  bn : nk,
};
b1,b2,b3是字段明,可以通过名称访问,声明时需要注明类型.
n1,n2,nk等代表的是bit数.
                

下面在看isa_t的结构会不会觉得就理解了,isa_t结构本身是一个共用体,内部变量bits 和 struct 共同使用一块内存, struct 结构体使用位域技术表明每段二进制位存储的内容.每个字段的含义在上文中已经添加过注释.
想获取每段二进制位存储的内容,只需要对isa.bits做&运算获取,
已经定义好的宏定义如下,

#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL

如果对位运算获取存储内容不太清楚地同学,建议可以学习一下位运算知识,因为位运算在oc中也是很有应用的,例如平时常见的多项枚举类型的使用,我随便截取的一段代码做示例,options参数可以传递多个枚举值,使用的也是位运算的方式.

[self.iconImageView sd_setImageWithURL:[NSURL URLWithString:urlString] placeholderImage:nil options:SDWebImageRetryFailed | SDWebImageAllowInvalidSSLCertificates];

isa基本的知识点就这些了,由于第一次写博客,同时为更详细的讲解清楚isa指针,所以篇幅较长,同时逻辑有点不清晰,后面会逐渐改进,
如果有错误欢迎指正,同时一直在寻找志同道合的道友共同进步,有喜欢交朋友的随时欢迎撩骚我啊.
-谢