本文可能篇幅比較長，主要為了自己日后溫習知識所用。如果有幸被你發現這篇文章，并且引起了你的閱讀興趣，希望這篇文章能對你有所幫助。如發現任何有誤之處，肯請留言糾正，謝謝。?
一：isa是什么？
iOS底層探究-淺談alloc,init,new 前面的文章中我們提到過，基類NSObject有個默認的屬性isa：
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
那么isa是什么呢？
蘋果有段官方的描述： “A pointer to the class definition of which this object is an instance”。
isa其實是指一個實例對象指向該對象的類的指針。沒錯，早期的時候isa的確是單純的一個指針，只不過后期蘋果進行了優化，不但保存了指針的地址，另外也存儲了一些類的信息。下面我們看下蘋果isa的源代碼：
union isa_t {
//兩個默認的構造函數
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
//isa指向的類
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
//位域
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
可以看出isa其實是個union聯合體，蘋果這塊用聯合體優化內存占用，并且使用位域ISA_BITFIELD增加可讀性。聯合體和位域的結合使用，我會單獨去寫，請持續關注，我們先看下 ISA_BITFIELD 位域的定義和使用。
定義：
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 8
根據Union聯合體的特性
isa_t總共占用8個字節64位其中：
nonpointer代表是否是純指針 0 代表純指針 1 代表不止是類對象地址，isa 中包含了類信息、對象的引用計數等
has_assoc
關聯對象標志位
has_cxx_dtor
該對象是否有 C++ 或者 Objc 的析構器,如果有析構函數,則需要做析構邏輯, 如果沒有,則可以更快的釋放對象
shiftcls
存儲類指針的值。開啟指針優化的情況下，在 arm64 架構中有 33 位用來存儲類指針
magic
用于調試器判斷當前對象是真的對象還是沒有初始化的空間
weakly_referenced
存儲對象是否被指向或者曾經指向一個 ARC 的弱變量，
沒有弱引用的對象可以更快釋放。
deallocating
標志對象是否正在釋放內存
has_sidetable_rc
當對象引用技術大于 10 時，則需要借用該變量存儲進位
extra_rc
當表示該對象的引用計數值，實際上是引用計數值減 1， 例如，如果對象的引用計數為 10，那么 extra_rc 為 9。如果引用計數大于 10， 則需要使用到下面的 has_sidetable_rc
二：isa指針走位
前面我們已經看到了isa_t結構體保存了類的很多信息，其中就包括了類指針的值。下面我們就研究下isa的指針走位。先看一張大神畫的圖：
圖中實線箭頭代表類繼承的走向，而虛線箭頭是代表isa的走向
其實我第一次看這張圖的時候是懵逼的，亂七八糟的線根本看不出是表達什么邏輯。后來隨著對底層實現的了解和探索，才慢慢了解了圖作者想表達的意思，下面我就和大家一起來研究一下
1：靜態分析，我們要研究isa，先看下系統是怎樣獲取類對象的：
object_getClass()是系統獲取類對象的一個函數，內部是這樣實現的
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
objc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();
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];
}
}
我們知道objc都是!isTaggedPointer的，可以直接定位到ISA()函數。
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);
#endif
}
SUPPORT_INDEXED_ISA這個宏定義在iOS是0.
(Class)(isa.bits & ISA_MASK)這句話就是我們的重點了,系統通過&運算結合mask來得到isa類指針的值
最后（Class）做了步強轉返回Class
2：動態調試，模擬靜態代碼的步驟，通過lldb工具印證我們的推測
我們通過objc最新的源碼，建立一個target方便我們調試。
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
JSPerson *object = [JSPerson alloc];
// 斷點位置
}
return 0;
}
- isa從對象指向類
添加斷點，我們通過lldb來調試
(lldb) x/2xg object // 打印類的信息
0x101a4c8b0: 0x001d800100001101 0x0000000000000000
其中0x001d800100001101就是對象中的isa我們坐下運算
(lldb) p/x 0x001d800100001101 & 0x0000000ffffffff8
(long) $2 = 0x0000000100001100
然后對對象所屬的類進行打印
(lldb) p/x object.class
(Class) $3 = 0x0000000100001100 JSPerson
我們看到了
$2和$3是相等的，也就印證了我們的第一步，對象和類是靠isa建立綁定的
那么類的isa會指向何處呢？我們先看下底層對類結構體的定義：
struct objc_class : objc_object // 類在底層其實是個繼承于objc_object的結構體，萬物皆對象在這里得到印證
// 我們看下objc_class這個結構體
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
說明objc_class第一個成員也是isa，那我們繼續打印
- isa從類指向元類
(lldb) x/2xg 0x0000000100001100
0x100001100: 0x001d8001000010d9 0x0000000100b00140
(lldb) p/x 0x001d8001000010d9 & 0x0000000ffffffff8
(long) $4 = 0x00000001000010d8
(lldb) po 0x00000001000010d8
JSPerson
我們看到輸出的又是JSPerson，但是內存地址卻不相同，其實他是JSPerson的元類（metaClass），metaClass 是 Class 對象的類，同樣也是個對象。每個類都必須有一個唯一的 metaClass.
- isa從元類指向根元類
(lldb) x/2xg 0x00000001000010d8
0x1000010d8: 0x001d800100b000f1 0x0000000100b000f0
(lldb) p/x 0x001d800100b000f1 & 0x0000000ffffffff8
(long) $6 = 0x0000000100b000f0
(lldb) po 0x0000000100b000f0
NSObject
輸出了NSObject的元類也就是所有類的根元類
- isa從根元類指向根根元類
(lldb) x/2xg 0x0000000100b000f0
0x100b000f0: 0x001d800100b000f1 0x0000000100b00140
(lldb) p/x 0x001d800100b000f1 & 0x0000000ffffffff8
(long) $8 = 0x0000000100b000f0
(lldb) po 0x0000000100b000f0
NSObject
你會發現無論你打印多少次得到的結果都是NSObject內存地址也不會變，形成了循環。
三：總結
我們在把這張圖拿過來，現在感覺是不是清晰了很多？
isa走位總結：實例對象->類->元類->根元類->根根元類(根元類本身)
繼承關系 ：Subclass->Superclass->Root class
下一篇文章 將對類的結構做跟細致的研究，如果覺得喜歡的話還請加個關注，我會經常保持更新。
