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深入了解 iOS 中的 runtime（一）isa、objc_object、objc_class

isa

拿实例对象举例，我们都知道在 Objective-C 中，对象其实是一个结构体，在 64 位之前，对象的定义如下（以下源码分析基于 objc4-781 ）

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

可以看出是一个 Class 类型，由于是实例对象，结合 runtime 图示可以看出他的 isa 是指向类对象的（，从定义看，其实 isa 也就是一个指向 objc_class 类型的指针），而从 arm64 架构开始，苹果对 isa 做了优化，objc_object 结构体的定义如下

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;

public:

    // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
    Class ISA();

    // rawISA() assumes this is NOT a tagged pointer object or a non pointer ISA
    Class rawISA();

    // getIsa() allows this to be a tagged pointer object
    Class getIsa();
    
    uintptr_t isaBits() const;
    
    ...

可以看出 isa 已经不是 Class 类型了，而是变成了 isa_t 这个类型，继续追溯看看 isa_t 这个类型

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
};

可以看到 isa_t 是一个 union 共用体这么一个结构，其实是苹果把 isa 优化成了 union ，并且还使用了位域这种技术来存储更多的信息。 进入 isa.h 可以看到 ISA_MASK（掩码） 定义如下，

#if SUPPORT_PACKED_ISA
// 真机 64 位
# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
// 模拟器 64 位
# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
# else
#   error unknown architecture for packed isa
# endif

在 64 位以后的 isa 取值

objc_object::ISA() 
inline Class
objc_object::ISA()
{
    return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
}

所以其实在 __arm64__ 和 __x86_64__ 中，isa 并不是直接可以拿到各种信息的，而是通过 isa 中的 bits 对 ISA_MASK 进行位运算以后才可以获取（isa.bits & ISA_MASK），取到的 64 位结果信息如下，以 __arm64__ 为例

/**
 nonpointer 0: 代表普通指针，存储着 Class、Meta-Class 对象的内存地址
            1：代表优化过的，使用位域存储着更多的信息
 has_assoc  是否设置过（就算设置了又清空了这个值还是1）关联对象，如果没有释放时会更快
 has_cxx_dtor 是否有 c++ 的析构函数（.cxx_destruct），如果没有释放会更快
 shiftcls 存储着 Class、Meta-Class 对象的内存地址信息
 magic 用于调试时分辨对象是否未初始化
 weakly_referenced 是否有过（就算设置了又清空了这个值还是1）弱引用指向，如果没有释放时会更快
 deallocating 是否正在释放
 has_sidetable_rc 引用计数是否过大无法存在 isa 中，如果为 1 则引用计数存在一个叫 sideTable 的类属性中
 extra_rc 里面存储值时引用计数减 1（如果这个对象引用计数是 2，则 has_sidetable_rc = 1）
  
 */
#   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)

以上就是 isa 的所有信息，可以看出的是 isa 优化以后存储的信息更多了，不仅仅有类对象（元类对象）地址，还有 has_assoc、has_cxx_dtor 等更多的信息。

objc_object、objc_class