03.对象本质探究与isa

一、结构分析

我们知道,OC底层是C++,我们先将下面的代码还原成C++代码再进行下一步。

新建一个空项目在main函数中写入测试代码。

@interface RKObject : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) int age;

@end

@implementation RKObject

@end


int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

1.1 还原成C++

执行clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp,就能得到C++文件。

或者:

我们找到和我们定义的对象相关的地方:

1.2 一些关键内容

a. 定义

这里是一些类型定义

b. 结构体

这里我们可以看到,是一个结构体。

而我们知道,结构体是不能继承的。这里通过一个NSObject_IVARS,实现了OC的继承

同样也可以看到我们定义的属性相对应的成员变量。

c. 函数

这里是成员变量相关的set/get方法:

静态的实例方法

  • 我们发现它是static的,他不是实例方法么?

  • 我们再看,它包含了两个参数,这两个参数在我们使用的时候是隐含的:

    • 对象

    • Selector

  • 这样我们知道,实例方法本身也是静态的,只不过有两个隐藏的参数罢了。

get方法如何获取成员变量的

  • name的get方法的实现中看到

    • return (*(NSString **)((char *)self + OBJC_IVAR_$_RKObject$_name));

  • 实例首地址 + 成员变量的offset = 成员变量的指针

d. isa

在上面我们知道,struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS,是OC继承关系的核心。

那么NSObject_IMPL是什么呢?

我们很快就能在文件中找到:

它就是isa

e. Class

在文件中我们找到,Class的定义。本质是一个objc_class结构体指针的别名。

f. id类型

再往下我们还能发现一个,它也是一个objc_object *,结构体指针。

这也解答了,为什么我们平时使用id类型的时候没有*

二、isa

alloc与字节对齐一文中我们有聊到initInstanceIsa,将isa和class进行绑定。

我们从这里开始继续研究isa

2.1 源码

2.2 isa的本质 isa_t

从源码中我们看到isa的类型为isa_t,我们找到isa_t的源码:

破案了,他是个联合体!

2.3 ISA_BITFIELD isa的位域

arm64下的ISA_BITFIELD:

  • nonpointer

    • 是否是纯isa指针

      • 0:纯isa指针,只包含类对象地址

      • 1:还包含了类的信息、对象的引用计数

  • has_assoc

    • 是否存在关联对象的标志位

  • 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,就可以快速的释放对象

  • shiftcls

    • 类指针的值

      • 开启指针优化的情况下,arm64中用33位来存

  • magic

    • 用于判断当前对象是已经初始化的对象

    • 还是没有初始化的空间

  • weakly_referenced

    • 是否被弱引用

    • 没有弱引用的对象可以更快的释放

  • unused

    *

  • has_sidetable_rc

    • 当引用计数大于10时,需要借用该变量存储进位

  • extra_rc

    • 引用计数

    • 实际的值是引用计数-1,即:

      • 引用计数为10,extra_rc = 9

2.4 获取class对象: getClass

分析源码实现,我们知道了。是通过isa的bits再与上一个掩码ISA_MASK来获取到类对象的地址的。

  • ARM64: define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL

  • __x86_64__: define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL

a.验证

用我们上面的demo进行验证,注意是Mac环境,不是arm64。

1

这里我们发现计算的结果和直接获取的结果一致。

b. 不使用掩码,通过位运算计算出Class

以Mac下为例,isa指针的结构是一定的。在一个isa指针的空间内,class的位置是相对固定的。

结构如下: B + Class + A(小端模式,从右向左)

  • A:1+1+1 = 3

  • Class:44

  • B:6+1+1+1+8 = 17

计算:

  • 左移3位,使A从右边溢出,左边多的位会补0

    • 现在的结构:000 + B + Class

  • 现在需要去掉B,右移3+17=20

    • 现在的结构:Class + 20个0

  • 回到原位,右移17位:

    • 现在的结构:17个0 + Class + 3个0

三、isa和类对象的绑定

这里是objc_object::initIsa

3.1 class绑定流程图

1

3.2 中间有个判断 Nonpointer isa

下面我们具体研究下

四、Nonpointer isa

在上面我们有多次看到Nonpointer isa出现。现在我们深入的研究一下

4.1 isa_t

在上面我们知道isa是一个联合体,而联合体成员是互斥的。

这个就是Nonpointer isa区别于纯isa的核心!

4.2 isa_t::setClass

这里是设置Class的核心实现

4.3 Nonpointer isa 和 纯isa的区别

  • Nonpointer isa

    • 类对象会被赋值到isa_tBITFIELD中的shiftcls

  • isa

    • 会被直接赋值到isa_tcls

  • 两者互斥

  • 默认创建的对象都是Nonpointer isa

    • 可通过修改Xcode环境变量改成使用纯isa

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