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在上一篇的文章深入底層理解alloc和init以及new中我們分析了alloc，知道了 alloc創建了對象并且分配內存；同時初始化isa屬性；我們也知道了Objective-C 對象在底層本質上是結構體，所有的對象里面都會包含有一個isa，isa的定義是一個聯合體isa_t，isa_t包含了當前對象指向類的信息，這篇文章我們來分析探究isa。

聯合體isa_t

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
};

#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
#   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
#   define RC_ONE   (1ULL<<56)
#   define RC_HALF  (1ULL<<7)

這是在 __x86_64__ 上的實現，__arm64__的架構會有所差別，但是這些字段都還是有的，并不影響我們對于isa_t的分析。

isa_t是一個聯合體，聯合體的特性就是內部所有的成員共用一塊內存地址空間，也就是說isa_t、cls、bits會共用同一塊內存地址空間，這塊內存地址空間大小取決于最大長度內部成員的大小即64位8字節。由此我們可以知道isa 的所占的內存空間大小為8字節。

isa_t結構圖

struct {
   uintptr_t indexed           : 1;
   uintptr_t has_assoc         : 1;
   uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;
   uintptr_t shiftcls          : 44;
   uintptr_t magic             : 6;
   uintptr_t weakly_referenced : 1;
   uintptr_t deallocating      : 1;
   uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;
   uintptr_t extra_rc          : 8;
};

如上面分析，我們已然了解到了isa_t是一個64位的聯合，isa占用8個字節的大小。下面我們來分下下isa的初始化過程。

isa的初始化
在objc的源碼中我們找到了isa的初始化方法。

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;
    }
}

由于nonpointer傳入的是true，SUPPORT_INDEXED_ISA定義為0，所以我們可以對這段代碼簡化一下。

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
   isa_t newisa(0);
   newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
   newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
   newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
   isa = newisa;
}

從上面這段代碼中我們看到的是對bits的賦值ISA_MAGIC_VALUE=0x001d800000000001ULL,將此轉為二進制，在結合isa_t的結構得出如下的isa_t的初始數據圖。

ISA_MAGIC_VALU二進制

isa_t初始化數據

從上圖中很明顯看出來對isa賦值ISA_MAGIC_VALUE初始化實際上只是設置了indexed和magic兩部分的數據。

indexed表示 isa_t 的類型。0表示 raw isa，也就是沒有結構體的部分，訪問對象的 isa 會直接返回一個指向 cls 的指針，也就是在 iPhone 遷移到 64 位系統之前時 isa 的類型。1則表示當前 isa 不是指針，但是其中也有 cls 的信息，只是其中關于類的指針都是保存在 shiftcls 中。

magic 用于調試器判斷當前對象是否有初始化空間。

在設置indexed和magic的值后會對has_cxx_dtor驚行設值。has_cxx_dtor表示該對象是否有 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

newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;

下一步會將當前對象的類指針存放在shiftcls中。

newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;

在這里對cls的地址右移動3位的目的是為了減少內存的消耗，因為類的指針需要按照8字節對齊，也就是說類的指針的大小必定是8的倍數，其二進制后三位為0 ，右移三位抹除后面的3位0并不會產生影響。

bits中的其他說明

has_assoc 對象含有或者曾經含有關聯引用，沒有關聯引用的可以更快地釋放內存

weakly_referenced 對象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 對象正在釋放內存

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 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。

通過上面的分析我們知道了，alloc在創建對象分配內存后會進行isa的初始化，isa中存儲了對象或者類的一些信息。下面我們來分析下isa和類、對象之間的關系。

isa的走位

我們都知道Object-C的對象其本質就是結構體，前面我們也分析了每一個對象都會有一個isa。
同時我們也知道了其實類的本質也是一個結構體，而且是繼承自objc_object的。

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
...
};

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
...
};

所以在objc_class中也是有isa的。

struct objc_class : objc_object {
    isa_t isa;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
...
};

我們通通過一幅圖來分析下isa、對象、類之間的關系。

實例對象的isa指向的是類；
類的isa指向的元類；
元類指向根元類；
根元類指向自己；
NSObject的父類是nil，根元類的父類是NSObject。

下面我來驗證下他們之間的關系

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