四、isa 指针关联类

主要内容：
1.OC对象的本质
2.isa 与类的关联原理
3.isa 与类的关联验证

1.OC对象的本质

先了解编译器：clang

$\color{#F00000}{Clang}$ 是一个由Apple主导编写，基于 $\color{#F00000}{ LLVM的C/C++/Objective-C编译器}$
$\color{#F00000}{Clang}$ 主要用于通过 $\color{#F00000}{底层编译 }$ 把 .m 文件编译输出成 .cpp，可以看到 $\color{#F00000}{底层结构}$ 及 $\color{#F00000}{底层实现逻辑}$ ，方便更好的理解底层。

常用命令：

// 把目标文件编译成c++文件
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

// 编译引用了类似UIKit的文件
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 viewController.m

//xcode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
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (模拟器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp (手机)

探索对象本质

首先自定义 LGPerson 类

@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation LGPerson
@end

通过终端编译命令，生成main.cpp文件

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

打开编译好的 main.cpp，发现对象在底层会被编译成结构体

LGPerson.png

问题:第一行是什么?
第一个属性：NSObject_IVARS 是 $\color{#F00000}{ isa}$ 因为在c里可以 $\color{#F00000}{伪继承}$ ，伪继承是直接把GLPerson中的 $\color{#F00000}{第一个属性}$ 定义为 NSObject结构体,意味着 $\color{#F00000}{LGPerson }$ 拥有 $\color{#F00000}{NSObject中的所有成员变量}$ 。

总结
a. $\color{#F00000}{OC对象的本质}$ 是 $\color{#F00000}{结构体}$
b. $\color{#F00000}{ LGPerson}$ 会继承 $\color{#F00000}{NSObject 的成员变量}$

扩展：

继续向下看发现有属性name 对应的 get 和 set 方法，如下图，其中 set 方法调用了 objc_setProperty

属性的get和set.png

先看 objc_setProperty 的底层源码实现

objc_setProperty.png
进入 reallySetProperty 的源码，主要是 $\color{#F00000}{ retain 新值，release 旧值 }$

reallySetProperty.png

在当前的set 方法里会调取 objc_setProperty

objc_setProperty.png

总结：

每一个 $\color{#F00000}{set方法}$ 都在做同一件事情： $\color{#F00000}{retain 新值，release 旧值}$ ，如果每个都对接，就会生成很多方法，很难去找去处理，所以每个set方法都会找到一个函数 $\color{#F00000}{setPeoperty}$ ；
那么属性是怎么区分的？根据 $\color{#F00000}{cmd}$ 走，这里cmd 就是 setName 做到 $\color{#F00000}{接口隔离}$ （这是一种设计思路）。

2.isa 与类的关联原理

OC的对象就是一个结构体本质，会继承自NSObject中的isa, alloc&init探索中也注意到了 $\color{#F00000}{initInstanceIsa}$ ，接下来探索如何将 cls 与 isa 关联的

在此之前，先了解什么是 $\color{#F00000}{联合体位域}$

联合体与结构体的区别

$\color{#F00000}{结构体(struct)}$ 中所有变量是 $\color{#F00000}{“共存”}$ 的
优点：是“有容乃大”，全面;
缺点：是struct内存空间的分配是粗放的，不管用不用，全分配。

$\color{#F00000}{联合体(union)}$ 中是各变量是 $\color{#F00000}{“互斥”}$ 的
缺点：就是不够“包容”;
优点：是内存使用更为精细灵活，也节省了内存空间

isa的类型isa_t

isa_t的定义：ISA 是 $\color{#F00000}{8字节}$ 也就是64位通过 $\color{#F00000}{联合体}$ 定义能够存储很多信息，这样可以节省内存，提高性能，其中 Class cls 与 bits 是互斥的

isa_t的结构体.png

ISA_BITFIELD.png

$\color{#F00000}{nonpointer}$ :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

$\color{#F00000}{has_assoc}$ :关联对象标志位，0没有，1存在

$\color{#F00000}{has_cxx_dtor}$ :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

$\color{#F00000}{shiftcls}$ :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。

$\color{#F00000}{magic}$ :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

$\color{#F00000}{weakly_referenced}$ :志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。 deallocating:标志对象是否正在释放内存

$\color{#F00000}{has_sidetable_rc}$ :当对象引用技术大于 10 时，则需要借用该变量存储进位

$\color{#F00000}{extra_rc}$ :当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。

其中 $\color{#F00000}{shiftcls}$ 就是当前的类信息，因为大部分 $\color{#F00000}{自定义的类}$ 都是 $\color{#F00000}{nonpointer}$ 的，说白了64位都存了满满的信息，并 $\color{#F00000}{不是单单只存了类指针}$

原理探索

验证 isa 指针位置

打断点调试执行 isa_t newisa(0) 后：

newisa.png

执行：newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE 后

newisa.bits.png

isa 的过程是 calloc 指针把当前的类关联起来

执行：newisa.shiftcls = (unitprt_t)cls >> 3 ，右移三位，是为了抹掉 nonpointer...三位的值

shiftcls.png

以下验证关联 shiftcls 存的类信息

3.isa 与类的关联验证

读取出 shiftcls 的值(bits除shiftcls外其余位置0) 有两种方式
一种：地址右移3位，再左移20位，再右移17位
二种：object_getClass(id obj) -> getIsa() -> ISA() 中的代码 isa.bits & ISA_MASK

inline Class  objc_object::ISA() 
{
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    if (isa.nonpointer) {
        uintptr_t slot = isa.indexcls;
        return classForIndex((unsigned)slot);
    }
    return (Class)isa.bits;
#else
    return (Class)(isa.bits & ISA_MASK); // 取出 shiftcls 的值
#endif
}

如图：

验证.png