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iOS 高级之美(四)—— isa原理分析

一、isa的初始化

上一篇,我们在探索对象的初始化的时候一个非常重要的点就是:经过 calloc 申请的内存,但是这个指针怎么就和LGPerson 这个类所关联的呢? 下面就可以直接定位到:obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);

  • 我们知道了 obj 在上面只有一个指针
  • 下面那段代码就可以分析 对象与类直接的联系
  • 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;
    }
}
  • 上面第一层判断是isTaggedPointer 的断言,我会在后续文章重点分析
  • 接下来是 nonpointer 的判断,因为 nonpointer 优化,适合普通结构不一样的!内存优化的 isa_t 结构
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
};
  • 这里采用的是联合体&位域的搭配
  • 一个 8字节指针64位下 其实可以存储很多内容,我们可以优化内存,在不同的位上,放不同的东西!

StructUnion 主要有以下区别:

  • 1. structunion 都是由多个不同的数据类型成员组成, 但在任何同一时刻, union 中只存放了一个被选中的成员, 而struct的所有成员都存在。在 struct中,各成员都占有自己的内存空间,它们是同时存在的。一个struct变量的总长度等于所有成员长度之和。在Union中,所有成员不能同时占用它的内存空间,它们不能同时存在。Union变量的长度等于最长的成员的长度。
  • 2. 对于union的不同成员赋值, 将会对其它成员重写, 原来成员的值就不存在了, 而对于struct的不同成员赋值是互不影响的。
  • 我们在看一下 isa 位域 情况 ( x86_64 架构)
# 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)
  • `nonpointer`:表示是否对 `isa 指针` 开启指针优化
    • 0:纯 isa指针
    • 1:不止是类对象地址, isa 中包含了类信息、对象的引用计数等
  • has_assoc:关联对象标志位,0没有,1存在

  • has_cxx_dtor:该对象是否有 C++ 或者 Objc 的析构器.

    • 如果有析构函数,则需要做析构逻辑,
    • 如果没有,则可以更快的释放对象
  • shiftcls : 存储类指针的值。开启指针优化的情况下,在 arm64 架构中有 33 位用来存储类指针。x86_64 架构 有 44位

  • magic:用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间

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