該文章是對(duì)前一篇 OC底層原理01-alloc流程探索 中initInstanceIsa(給對(duì)象關(guān)聯(lián)isa)分支的一個(gè)拓展和深入
一、準(zhǔn)備工作
-
objc4可編譯源碼，可直接跳到文章最后，下載調(diào)試好的源碼
二、源碼里面找isa
2.1 繼續(xù)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(lèi)都是走
initInstanceIsa - 系統(tǒng)某一些類(lèi)才會(huì)調(diào)用
initIsa
2.2 進(jìn)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(huì)進(jìn)入initIsa - 它們第二個(gè)參數(shù)
nonpointer不同 -
initInstanceIsa是傳的true，initIsa是傳的false
2.3 進(jìn)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(lèi)
nonpointer都是true，所以我們會(huì)進(jìn)入else流程 - 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)
isa，它是一個(gè)isa_t類(lèi)型的對(duì)象 -
isa_t newisa(0)初始化一個(gè)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(duì)象的isa，進(jìn)行關(guān)聯(lián)
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(gè)聯(lián)合體，屬性互斥。 -
cls和bits不能同時(shí)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?yàn)槲覀兣渲玫?code>objc4是基于
macos的，所以我們要研究的是下面 -
isa存在內(nèi)存地址的第一段，也就是8字節(jié)，8*8=64位
2.6 斷點(diǎn)分析newisa的賦值過(guò)程
2.6.1 newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE在這一行下斷點(diǎn)
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(diǎn)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(tǒng)給cls賦值的是什么
image.png
- 宏
ISA_BITFIELD上面一個(gè)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(tái)打印的cls不是同一個(gè)，這里的cls是newisa中的cls - 這里的
ULL是unsigned long long無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型，只是一個(gè)類(lèi)型標(biāo)識(shí)
2.6.3.2 系統(tǒng)給bits賦值的是什么
image.png
- 原來(lái)系統(tǒng)把宏
ISA_MAGIC_VALUE的值0x001d800000000001轉(zhuǎn)成了10進(jìn)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(yàn)證當(dāng)前研究的是GomuPerson的流程
2.6.3.3 系統(tǒng)給nonpointer賦值的是什么
- 因?yàn)?code>initIsa方法傳入的是一個(gè)true，所以賦值為1
2.6.3.4 系統(tǒng)給magic賦值的是什么
image.png
- 用
p/t命令將0x001d800000000001轉(zhuǎn)成2進(jìn)制打印，得上以上截圖的一串?dāng)?shù)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(kāi)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(jìn)制，轉(zhuǎn)成10進(jìn)制得到59
2.6.4 斷點(diǎn)繼續(xù)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?zhèn)鬟^(guò)來(lái)hasCxxDtor為true
2.6.4 斷點(diǎn)繼續(xù)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(shuō)明isa和GomuPerson已關(guān)聯(lián) -
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?yàn)?code>newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3 這一步代碼，將
cls強(qiáng)轉(zhuǎn)成uintptr_t(無(wú)符號(hào)長(zhǎng)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(qiáng)轉(zhuǎn)后右移三位的值賦給shiftcls - 因?yàn)?code>newisa中又給
shiftcls賦了值，所以bits必然會(huì)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(dāng)前的值換算成2進(jìn)制打印，得到上圖$27 - 把
shiftcls的值換算成2進(jìn)制打印，得到上圖$28 - 把
$28前面補(bǔ)零，補(bǔ)足44位，則與$27完全相同 - 說(shuō)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(dǎo)出shiftcls
2.6.5.1 打印person的isa的地址，轉(zhuǎn)成10進(jìn)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(dǎo)給shiftcls賦值之前的(uintptr_t)cls
image.png
- 由于
shiftcls在isa內(nèi)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(jié)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(shí)候?qū)?code>(uintptr_t)cls右移三位的目的
- 需要將一個(gè)64位的
(uintptr_t)cls賦值給一個(gè)從isa第三位開(kāi)始長(zhǎng)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?yàn)?code>shiftcls是從isa的第三位開(kāi)始，這樣賦值的后果是shiftcls在isa中的值就會(huì)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(huì)得到 GomuPerson
image.png
- 經(jīng)驗(yàn)證，
isa的地址&ISA_MASK，確定會(huì)得到GomuPerson - 把
ISA_MASK轉(zhuǎn)成二進(jìn)制，發(fā)現(xiàn)只有中間3-46位有效，所以isa與上ISA_MASK，相當(dāng)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(duì)isa指針開(kāi)啟指針優(yōu)化，占1位-
0：純isa指針 -
1：不只是類(lèi)對(duì)象地址，isa中包含了類(lèi)信息、對(duì)象的引用計(jì)數(shù)等
-
-
has_assoc：表示關(guān)聯(lián)對(duì)象標(biāo)志位，占1位-
0：沒(méi)有關(guān)聯(lián)對(duì)象 -
1：存在關(guān)聯(lián)對(duì)象
-
-
has_cxx_dtor：表示該對(duì)象是否有C++/OC的析構(gòu)器（dealloc），占1位-
0：沒(méi)有析構(gòu)函數(shù)，則可以更快的釋放對(duì)象 -
1：有析構(gòu)函數(shù)，則需要做析構(gòu)邏輯
-
-
shiftclx表示存儲(chǔ)類(lèi)的指針的值（類(lèi)的地址）， 即類(lèi)信息-
arm64中占33位，開(kāi)啟指針優(yōu)化的情況下，在arm64架構(gòu)中有33位用來(lái)存儲(chǔ)類(lèi)指針 -
x86_64中占44位
-
-
magic：用于調(diào)試器判斷當(dāng)前對(duì)象是真的對(duì)象還是沒(méi)有初始化的空間，占6位 -
weakly_refrenced：表示對(duì)象是否被指向或者曾經(jīng)指向一個(gè)ARC的弱變量，沒(méi)有弱引用的對(duì)象可以更快釋放，占1位 -
deallocating：標(biāo)志對(duì)象是是否正在釋放內(nèi)存，占1位 -
has_sidetable_rc：表示當(dāng)對(duì)象引用計(jì)數(shù)大于10時(shí)，則需要借用該變量存儲(chǔ)進(jìn)位，占1位 -
extra_rc:（額外的引用計(jì)數(shù)） --- 導(dǎo)尿管表示該對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值，實(shí)際上是引用計(jì)數(shù)值減1，如果對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為10，那么extra_rc為9，占8位
四、拓展知識(shí)
構(gòu)造數(shù)據(jù)類(lèi)型的方式：
-
結(jié)構(gòu)體[struct]
結(jié)構(gòu)體是指把不同的數(shù)據(jù)組合成一個(gè)整體，其變量是共存的，變量不管是否使用，都會(huì)分配內(nèi)存。
優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)容量較大，包容性強(qiáng)，且成員之間不會(huì)相互影響
缺點(diǎn)：所有屬性都分配內(nèi)存，比較浪費(fèi)內(nèi)存，假設(shè)有4個(gè)int成員，一共分配了16字節(jié)的內(nèi)存，但是在使用時(shí)，你只使用了4字節(jié)，剩余的12字節(jié)就是屬于內(nèi)存的浪費(fèi)
-
聯(lián)合體[union]
聯(lián)合體也是由不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型組成，但其變量是互斥的，所有的成員共占一段內(nèi)存。而且聯(lián)合體采用了內(nèi)存覆蓋技術(shù)，同一時(shí)刻只能保存一個(gè)成員的值，如果對(duì)新的成員賦值，就會(huì)將原來(lái)成員的值覆蓋掉
優(yōu)點(diǎn)：所有成員共用一段內(nèi)存，使內(nèi)存的使用更為精細(xì)靈活，同時(shí)也節(jié)省了內(nèi)存空間
缺點(diǎn)：包容性弱
