該文章是對前一篇 OC底層原理01-alloc流程探索中`initInstanceIsa`(給對象關聯isa)分支的一個拓展和深入

一、準備工作

objc4可編譯源碼，可直接跳到文章最后，下載調試好的源碼

二、源碼里面找isa

2.1 繼續`obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);`流程

if (!zone && fast) {
     obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
} else {
     // Use raw pointer isa on the assumption that they might be
     // doing something weird with the zone or RR.
     obj->initIsa(cls);
}

我們自定義的類都是走initInstanceIsa
系統某一些類才會調用initIsa

2.2 進入`initInstanceIsa`

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)
{
    initIsa(cls, false, false);
}

initInstanceIsa也會進入initIsa
它們第二個參數nonpointer不同
initInstanceIsa是傳的true，initIsa是傳的false

2.3 進入`initIsa`

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
    
    if (!nonpointer) {
        isa = isa_t((uintptr_t)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;
    }
}

由于我們自定義的類nonpointer都是true，所以我們會進入else流程
發現目標isa，它是一個isa_t類型的對象
isa_t newisa(0) 初始化一個isa
newisa.bits = hasCxxDtor給屬性bits賦值
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor給屬性has_cxx_dtor賦值
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3給屬性shiftcls賦值，并向右移三位
isa = newisa把新建的newisa賦值給對象的isa，進行關聯

2.4 查看`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
};

isa_t是一個聯合體，屬性互斥。
cls 和 bits 不能同時賦值

2.5 查看`ISA_BITFIELD`

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
#   define ISA_BITFIELD                                                      \
      uintptr_t nonpointer        : 1;                                       \
      uintptr_t has_assoc         : 1;                                       \
      uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                       \
      uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
      uintptr_t magic             : 6;                                       \
      uintptr_t weakly_referenced : 1;                                       \
      uintptr_t deallocating      : 1;                                       \
      uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                       \
      uintptr_t extra_rc          : 19
#   define RC_ONE   (1ULL<<45)
#   define RC_HALF  (1ULL<<18)

# elif __x86_64__
#   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)

# else
#   error unknown architecture for packed isa
# endif

如果是arm64就走上面，如果是x86_64就走下面
因為我們配置的objc4是基于macos的，所以我們要研究的是下面
isa存在內存地址的第一段，也就是8字節，8*8=64位

2.6 斷點分析`newisa`的賦值過程

2.6.1 `newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE`在這一行下斷點

image.png

2.6.2 打印`newisa`

(lldb) p newisa
(isa_t) $2 = {
  cls = nil
  bits = 0
   = {
    nonpointer = 0
    has_assoc = 0
    has_cxx_dtor = 0
    shiftcls = 0
    magic = 0
    weakly_referenced = 0
    deallocating = 0
    has_sidetable_rc = 0
    extra_rc = 0
  }
}

初始都為空

2.6.3 斷點往下走一步，再次打印`newisa`

(lldb) p newisa
(isa_t) $3 = {
  cls = 0x001d800000000001
  bits = 8303511812964353
   = {
    nonpointer = 1
    has_assoc = 0
    has_cxx_dtor = 0
    shiftcls = 0
    magic = 59
    weakly_referenced = 0
    deallocating = 0
    has_sidetable_rc = 0
    extra_rc = 0
  }
}

cls被賦值了0x001d800000000001
bits 被賦值了8303511812964353
nonpointer被賦值了1
magic被賦值了59

2.6.3.1 系統給`cls`賦值的是什么

image.png

宏ISA_BITFIELD上面一個宏# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL，這一步可以看做把ISA_MAGIC_VALUE直接賦值給cls，與打印臺打印的cls不是同一個，這里的 cls 是 newisa 中的 cls
這里的 ULL 是 unsigned long long 無符號長整型，只是一個類型標識

2.6.3.2 系統給`bits`賦值的是什么

image.png

原來系統把宏ISA_MAGIC_VALUE的值0x001d800000000001轉成了10進制，賦給了newisa中的cls
注意：上圖中打印的cls，是objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)方法傳入的，為了驗證當前研究的是GomuPerson的流程

2.6.3.3 系統給`nonpointer`賦值的是什么

因為initIsa方法傳入的是一個true，所以賦值為1

2.6.3.4 系統給magic賦值的是什么

image.png

用p/t命令將0x001d800000000001轉成2進制打印，得上以上截圖的一串數字
由宏ISA_BITFIELD的位域定義可以得到，magic占位是6位，從第47位到第52位，由于是iOS小端，從右到左讀取，用分隔符每4位分開方便查看0b0000_0000_0001_1101_1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0001，得到第47位到52位為：111011
111011是2進制，轉成10進制得到59

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印`newisa`

(lldb) p newisa
(isa_t) $7 = {
  cls = 0x001d800000000005
  bits = 8303511812964357
   = {
    nonpointer = 1
    has_assoc = 0
    has_cxx_dtor = 1
    shiftcls = 0
    magic = 59
    weakly_referenced = 0
    deallocating = 0
    has_sidetable_rc = 0
    extra_rc = 0
  }
}

has_cxx_dtor被賦值了1，前面傳過來hasCxxDtor為true

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印`newisa`

(lldb) p newisa
(isa_t) $8 = {
  cls = GomuPerson
  bits = 8303516107940741
   = {
    nonpointer = 1
    has_assoc = 0
    has_cxx_dtor = 1
    shiftcls = 536872048
    magic = 59
    weakly_referenced = 0
    deallocating = 0
    has_sidetable_rc = 0
    extra_rc = 0
  }
}

cls的值變成了GomuPerson，說明isa和GomuPerson已關聯
bits的值由8303511812964357變成了8303516107940741
shiftcls被賦值了536872048

2.6.4.1 `shiftcls`賦的值是什么

image.png

因為newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3 這一步代碼，將cls 強轉成 uintptr_t (無符號長整型的別名)，然后右移位
打印 (uintptr_t)cls 得到 4294976384
將 4294976384 右移三位，得到 536872048
這一步的目的就是將cls強轉后右移三位的值賦給shiftcls
因為newisa中又給shiftcls賦了值，所以bits必然會變

2.6.4.2 `bits`的值為什么變了

[圖片上傳中...(image.png-902d6d-1599838772142-0)]

把bits當前的值換算成2進制打印，得到上圖$27
把shiftcls的值換算成2進制打印，得到上圖$28
把$28前面補零，補足44位，則與$27完全相同
說明isa中3-46位的確存的是cls，但是是右移了3位的cls

2.6.5 反向由`person`的首地址`isa`推導出`shiftcls`

2.6.5.1 打印`person`的`isa`的地址，轉成10進制

image.png

得到8303516107940741，很上面newisa中的 bits 完全一樣

2.6.5.2 由`isa`的地址推導給`shiftcls`賦值之前的`(uintptr_t)cls`

image.png

由于shiftcls在isa內存的3-46位，所以我們要先抹掉前面3位，右移 >> 3位
左邊空出20位，左移 << 20位，再右移 >> 17位，把左邊17位抹零
得到結果4294976384，和給shiftcls賦值的(uintptr_t)cls的值一模一樣

2.6.5.3 `shiftcls`賦值的時候將`(uintptr_t)cls`右移三位的目的

需要將一個64位的(uintptr_t)cls賦值給一個從isa第三位開始長度只有44的shiftcls
那么我們需要取(uintptr_t)cls的0-43位賦值給shiftcls，因為shiftcls是從isa的第三位開始，這樣賦值的后果是shiftcls在isa中的值就會向左偏移移3位，
為了保證賦值后的shiftcls和(uintptr_t)cls相等，我們必須把(uintptr_t)cls的3-46賦值給shiftcls，即(uintptr_t)cls>>3

2.6.6 `isa`的地址 `&` `ISA_MASK`，會得到 `GomuPerson`

image.png

經驗證，isa的地址 & ISA_MASK，確定會得到 GomuPerson
把ISA_MASK轉成二進制，發現只有中間3-46位有效，所以isa與上ISA_MASK，相當于把前3位和后17位置0

2.7 基于`x86_64`的位域圖

image.png

nonpointer：表示是否對isa指針開啟指針優化，占1位
- 0：純isa指針
- 1：不只是類對象地址，isa中包含了類信息、對象的引用計數等
has_assoc：表示關聯對象標志位，占1位
- 0：沒有關聯對象
- 1：存在關聯對象
has_cxx_dtor：表示該對象是否有C++/OC的析構器（dealloc），占1位
- 0：沒有析構函數，則可以更快的釋放對象
- 1：有析構函數，則需要做析構邏輯
shiftclx 表示存儲類的指針的值（類的地址），即類信息
- arm64中占 33位，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
- x86_64中占 44位
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，占6位
weakly_refrenced：表示對象是否被指向 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，占1位
deallocating：標志對象是是否正在釋放內存，占1位
has_sidetable_rc：表示當對象引用計數大于10時，則需要借用該變量 存儲進位，占1位
extra_rc:（額外的引用計數） --- 導尿管表示該對象的引用計數值，實際上是引用計數值減1，如果對象的引用計數為10，那么extra_rc為9，占8位

四、拓展知識

構造數據類型的方式：

結構體 [struct]

結構體是指把不同的數據組合成一個整體，其變量是共存的，變量不管是否使用，都會分配內存。
優點：存儲容量較大，包容性強，且成員之間不會相互影響
缺點：所有屬性都分配內存，比較浪費內存，假設有4個int成員，一共分配了16字節的內存，但是在使用時，你只使用了4字節，剩余的12字節就是屬于內存的浪費

聯合體 [union]

聯合體也是由不同的數據類型組成，但其變量是互斥的，所有的成員共占一段內存。而且聯合體采用了內存覆蓋技術，同一時刻只能保存一個成員的值，如果對新的成員賦值，就會將原來成員的值覆蓋掉
優點：所有成員共用一段內存，使內存的使用更為精細靈活，同時也節省了內存空間
缺點：包容性弱

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OC底層原理05-isa結構分析

OC底層原理05-isa結構分析

該文章是對前一篇 OC底層原理01-alloc流程探索中`initInstanceIsa`(給對象關聯isa)分支的一個拓展和深入

一、準備工作

二、源碼里面找isa

2.1 繼續`obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);`流程

2.2 進入`initInstanceIsa`

2.3 進入`initIsa`

2.4 查看`isa_t`

2.5 查看`ISA_BITFIELD`

2.6 斷點分析`newisa`的賦值過程

2.6.1 `newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE`在這一行下斷點

2.6.2 打印`newisa`

2.6.3 斷點往下走一步，再次打印`newisa`

2.6.3.1 系統給`cls`賦值的是什么

2.6.3.2 系統給`bits`賦值的是什么

2.6.3.3 系統給`nonpointer`賦值的是什么

2.6.3.4 系統給magic賦值的是什么

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印`newisa`

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印`newisa`

2.6.4.1 `shiftcls`賦的值是什么

2.6.4.2 `bits`的值為什么變了

2.6.5 反向由`person`的首地址`isa`推導出`shiftcls`

2.6.5.1 打印`person`的`isa`的地址，轉成10進制

2.6.5.2 由`isa`的地址推導給`shiftcls`賦值之前的`(uintptr_t)cls`

2.6.5.3 `shiftcls`賦值的時候將`(uintptr_t)cls`右移三位的目的

2.6.6 `isa`的地址 `&` `ISA_MASK`，會得到 `GomuPerson`

2.7 基于`x86_64`的位域圖

四、拓展知識

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OC底層原理05-isa結構分析

該文章是對前一篇 OC底層原理01-alloc流程探索 中initInstanceIsa(給對象關聯isa)分支的一個拓展和深入

一、準備工作

二、源碼里面找isa

2.1 繼續obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);流程

2.2 進入initInstanceIsa

2.3 進入initIsa

2.4 查看isa_t

2.5 查看ISA_BITFIELD

2.6 斷點分析newisa的賦值過程

2.6.1 newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE在這一行下斷點

2.6.2 打印newisa

2.6.3 斷點往下走一步，再次打印newisa

2.6.3.1 系統給cls賦值的是什么

2.6.3.2 系統給bits賦值的是什么

2.6.3.3 系統給nonpointer賦值的是什么

2.6.3.4 系統給magic賦值的是什么

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印newisa

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印newisa

2.6.4.1 shiftcls賦的值是什么

2.6.4.2 bits的值為什么變了

2.6.5 反向由person的首地址isa推導出shiftcls

2.6.5.1 打印person的isa的地址，轉成10進制

2.6.5.2 由isa的地址推導給shiftcls賦值之前的(uintptr_t)cls

2.6.5.3 shiftcls賦值的時候將(uintptr_t)cls右移三位的目的

2.6.6 isa的地址 & ISA_MASK，會得到 GomuPerson

2.7 基于x86_64的位域圖

四、拓展知識

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該文章是對前一篇 OC底層原理01-alloc流程探索中`initInstanceIsa`(給對象關聯isa)分支的一個拓展和深入

2.1 繼續`obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);`流程

2.2 進入`initInstanceIsa`

2.3 進入`initIsa`

2.4 查看`isa_t`

2.5 查看`ISA_BITFIELD`

2.6 斷點分析`newisa`的賦值過程

2.6.1 `newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE`在這一行下斷點

2.6.2 打印`newisa`

2.6.3 斷點往下走一步，再次打印`newisa`

2.6.3.1 系統給`cls`賦值的是什么

2.6.3.2 系統給`bits`賦值的是什么

2.6.3.3 系統給`nonpointer`賦值的是什么

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印`newisa`

2.6.4 斷點繼續往下走一步，再次打印`newisa`

2.6.4.1 `shiftcls`賦的值是什么

2.6.4.2 `bits`的值為什么變了

2.6.5 反向由`person`的首地址`isa`推導出`shiftcls`

2.6.5.1 打印`person`的`isa`的地址，轉成10進制

2.6.5.2 由`isa`的地址推導給`shiftcls`賦值之前的`(uintptr_t)cls`

2.6.5.3 `shiftcls`賦值的時候將`(uintptr_t)cls`右移三位的目的

2.6.6 `isa`的地址 `&` `ISA_MASK`，會得到 `GomuPerson`

2.7 基于`x86_64`的位域圖