我們知道,判定是不是OC對象的本質就是看是否含有isa指針,在ARM64架構之前,objc_object的isa指針就是一個class類型,存儲的就是一個指針,而ARM64系統之后,對isa進行了優化,變成了一個共用體(union),還是用位域來存儲更多信息.

共用體

@interface Person : NSObject

//@property (nonatomic,assign)BOOL tall;
//@property (nonatomic,assign)BOOL rich;
//@property (nonatomic,assign)BOOL handSome;

- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (void)setHandSome:(BOOL)handsome;

- (BOOL)isTall;
- (BOOL)isRich;
- (BOOL)isHandSome;

@end


@interface Person ()
{
char _tallRichHandsome; //0b00000000
}
@end

• 取值用 &運算符.按位與是兩個為 1 ,結果才為1.如果我們想要獲取某一位的值,只需要把那一位設置成1,其他位設置為0,就可以取出特定位的值.
  所以我們只需要在getter方法中按位與一個特定的值即可,比如我們想要獲取tall,只需按位與0b 0000 0001;獲取rich,就按位與0b 0000 0010,但是這樣運算得出的結果并不是一個布爾值,而我們是想要BOOL類型,所以我們可以使用 return (BOOL)(_tallRichHandsome & 0b00000001)轉換類型,也可以這樣return !!(_tallRichHandsome & 0b00000001),使用兩個!!獲取真實布爾值.

- (BOOL)isTall{
    return !!(_tallRichHandsome & 0b00000001);
}

檢驗一下這種寫法的效果,我們在Person類的init方法中給_tallRichHandsome賦值為0b00000101,代表高為1,富為0,帥為1,然后在.m中打印看看:

打印結果

#define tallMask 0b00000001
#define richMask 0b00000010
#define handsomeMask 0b00000100

Mask 掩碼,一般用來按位與運算,最好用括號括起來,怕影響到運算結果
繼續優化:

#define tallMask (1<<0) //1 左移 0 位
#define richMask (1<<1)// 1 左移 1 位
#define handsomeMask (1<<2) // 1 左移 2 位

• 剛才驗證了取值,接下來研究一下如何賦值.賦值分為兩種情況:如果賦值YES,就使用 按位或運算符(|).按位或表示一個為 1 ,結果就為 1 .如果賦值NO,就把目標位設置為 0 ,其他位全設置YES.

1. 比如賦值為YES:比如原始值為0b 0000 0101,標識高:YES , 帥:YES.現在要把富也設置為YES,也就是0b0000 0010,其他位置不變,就要使用按位或|:
   
2. 如果賦值為NO,比如原始值為0b 0000 0111,標識高:YES ,富:YES 帥:YES.現在要把高也設置為NO,其他不變.結果就是0b0000 0110,那就應該把目標位設置為0,其他位設置為1,使用按位取反運算符~,掩碼就應該是0b1111 1110,然后再按位與&:
   
   
   代碼如下:

- (void)setRich:(BOOL)rich{
    if (rich) {
        _tallRichHandsome |= richMask;
    }else{
        _tallRichHandsome &= ~richMask;
    }
}

測試結果完全正常:

struct{
        char tall : 1;//位域 占1位
        char rich : 1;
        char handsome : 1;
    }_tallRichHandsome;

注意:char tall : 1是位域的格式,表示只占一位
相應的setter , getter方法更改如下:

- (void)setHandSome:(BOOL)handsome{
    _tallRichHandsome.handsome = handsome;
}

- (BOOL)isHandSome{
    return _tallRichHandsome.handsome;
}

然后運行一下查看結果:

- (BOOL)isTall{
   
   return _tallRichHandsome.tall;
    
}

getter方法返回的是BOOL類型,占用一個字節(8位),而我們_tallRichHandsome.tall取出來的卻是一位,把一位的1,存放到8位的地址中0b 0000 0000,1 放在最后一位,前七位全補成1,結果就成了0b1111 1111,就成了無符號的 255 ,有符號的-1.關于這個結論我們也可以驗證一下:

的確是 255

struct{
        char tall : 2;//位域 占1位
        char rich : 2;
        char handsome : 2;
    }_tallRichHandsome;

運行結果如下:
周星馳高嗎?1 
富嗎?0    
帥嗎0

發現這樣就不是-1了,其實這就是位域的一個小特點,我們取出tall的值01,存放到一個字節0000 0000中,結果就是0000 0001,它會把符號位0補充到其他6位中,結果就是正常的.

• 到目前為止我們嘗試了兩種方法達到這種目的,一種是使用位運算,另一種是使用結構體的位域.那我們能不能綜合前兩種方法,對結構體進行位運算呢?我們來試試:
  
  
  如圖所示,結構體根本就無法進行位運算,那怎么辦呢?我們可以參考一下蘋果大大優化isa指針的做法,使用共用體(union):

union{
        char bits;
        struct{
            char tall : 1;//位域 占1位
            char rich : 1;
            char handsome : 1;
        };
    }_tallRichHandsome;

我們運行一下發現完全正常,我們把結構體刪掉在運行一下:

union{
        char bits;
    }_tallRichHandsome;

發現也完全正常,其實這里的結構體完全就是增加代碼的可讀性.這種做法其實就是將位運算和結構體的位域結合在一起,利用結構體的位域增加可讀性,利用位運算達到想取哪里去哪里的目的.
下面我們詳細介紹一下共用體(union),我們將結構體struct和共用體union對比介紹.比如說現在有一個結構體Date和共用體Date:

    struct{
        int year;
        int month;
        int day;
    }Date;
    
    union{
        int year;
        int month;
        int day;
    }Day;

他們的內存結構如圖所示:

可以看到,結構體的內存都是獨立的,每個成員占用4個字節,一共占用12個字節;而共用體的內存是連續的,所有成員公用4個字節的內存,共用體內存的大小取決于最大的成員所分配的內存.
下圖就證明了共用體的成員是共用一塊內存的,我們給year賦值,然后打印month,結果值確是year的值:

總結:在ARM64位之前isa就是個普通的指針,實例對象的isa指向類對象,類對象的isa指向實例元類對象,在ARM64位之后,isa進行了優化,采取了共用體的結構,使用64位的內存數據存儲更多的信息,其中的33位存儲具體的地址值.

關于位運算的一些擴展

我們在項目中肯定用過 KVO,[self addObserver:self forKeyPath:@"view" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];它的內部是怎么樣處理我們傳進的多個值得呢?我們可以模仿一下:

typedef enum{
    Monday = 1,    //0b 0000 0001
    Tuesday = 2,   //0b 0000 0010
    Wedensday = 4, //0b 0000 0100
    Thursday = 8,  //0b 0000 1000
    Friday = 16,   //0b 0001 0000
    Saturday = 32, //0b 0010 0000
    Sunday = 64,   //0b 0100 0000
}Week;

我們定義一個Week類型的結構體,周一 至 周日,并設置初始值,大家可以看到他們的初始值是有規律的,分別是2的0次方,1次方,2次方...6次方.對應的二進制也是1<<0,1<<1 ... 1<<6.然后我們在定義一個方法- (void)setWeek:(Week)week再調用這個方法[self setWeek:Saturday | Sunday];在這個方法內判斷如果是周末就打印 打游戲,是工作日就打印 敲代碼.怎么實現呢?
首先我們分析一下[self setWeek:Saturday | Sunday];我們知道或運算是一個為1結果就為1,所以Saturday | Sunday結果應該是:

  0010 0000
| 0100 0000
---------------
  0110 0000

然后我們再用這個結果0110 0000按位與上 Saturday , Sunday,如果結果不為0,就說明符合條件:

- (void)setWeek:(Week)week{
    if (week & Saturday) {
        NSLog(@"Saturday 打游戲");
    }
    if (week & Sunday) {
        NSLog(@"Sunday 打游戲");
    }
}
===============================================
2019-01-31 11:00:59.609826+0800 MultiThread[2195:466594] Saturday 打游戲
2019-01-31 11:00:59.609980+0800 MultiThread[2195:466594] Sunday 打游戲

這樣就實現了我們的需求,我們把[self setWeek:Saturday | Sunday];改為[self setWeek:Saturday + Sunday]; 看看效果:

[self setWeek:Saturday + Sunday];
===============================================
- (void)setWeek:(Week)week{
    if (week & Saturday) {
        NSLog(@"Saturday 打游戲");
    }
    if (week & Sunday) {
        NSLog(@"Sunday 打游戲");
    }
}
===============================================
2019-01-31 11:12:10.965097+0800 MultiThread[2291:476407] Saturday 打游戲
2019-01-31 11:12:10.965285+0800 MultiThread[2291:476407] Sunday 打游戲

結果也完全一樣,說明+和|在這里是等價的,但是要注意:只有當他們的初始值是2的n次方的時候才能使用+號,一般不建議使用+,這樣會顯得你很low所以我們還是使用|
蘋果的源碼也是這樣來設計實現的,我們看看:

NSKeyValueObservingOptionNew =     0x01, // 1
NSKeyValueObservingOptionOld =     0x02,// 2
NSKeyValueObservingOptionInitial = 0x04,// 4
NSKeyValueObservingOptionPrior =   0x08,//8

ok,前面講了這么多的掩碼,位域,共用體等等其實都是為了鋪墊,都是為了引出最終的 BOSS ==> isa,現在我們就來仔細看看isa指針.
首先查看isa源碼:

# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
    struct {
        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)
    };

對應注解

• 第0位也就是最后邊的1是nonpointer的值,如果為0表示這個isa就是一個普通的指針,值存儲著類對象或者元類對象的內存地址;如果為1則表示這個isa是經過優化過的,使用位域存儲更多信息.
  ...
  剩下的信息我就不一一對比了,有興趣的可以自己對比試驗.