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分析
上一篇文章中我们说到isa其实是个联合体，那什么是联合体，笔者再带大家温习一下：
联合体
在进行某些算法的C语言编程的时候，需要使几种不同类型的变量存放到同一段内存单元中。也就是使用覆盖技术，几个变量互相覆盖。这种几个不同的变量共同占用一段内存的结构，在C语言中，被称作“共用体”类型结构，简称共用体，也叫联合体。
联合体和结构体
“联合”与“结构”有一些相似之处。但两者有本质上的不同。在结构中各成员有各自的内存空间，一个结构体变量的总长度大于等于各成员长度之和。而在“联合”中，各成员共享一段内存空间，一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。应该说明的是，这里所谓的共享不是指把多个成员同时装入一个联合变量内，而是指该联合变量可被赋予任一成员值，但每次只能赋一种值，赋入新值则冲去旧值。如下面介绍的“单位”变量，如定义为一个可装入“班级”或“教研室”的联合后，就允许赋予整型值（班级)或字符型（教研室)。要么赋予整型值，要么赋予字符型，不能把两者同时赋予它。联合类型的定义和联合变量的说明：一个联合类型必须经过定义之后，才能把变量说明为该联合类型。
演示代码如下：
#include<iostream>
using namespace std;
union U1
{
int n;
char s[11];
double d;
};
union U2
{
int n;
char s[5];
double d;
};
int main()
{
U1 u1;
U2 u2;
cout<<sizeof(u1)<<'\t'<<sizeof(u2)<<endl;
cout<<"u1各数据地址:\n"<<&u1<<'\t'<<&u1.d<<'\t'<<&u1.s<<'\t'<<&u1.n<<endl;
cout<<"u1各数据地址:\n"<<&u2<<'\t'<<&u2.d<<'\t'<<&u2.s<<'\t'<<&u2.n<<endl;
}
上述代码中：
对于U1联合体，s占11字节，n占4字节，d占8字节，因此其至少需1字节的空间。然而其实际大小并不是11，用运算符sizeof测试其大小为16。这是因为这里存在字节对齐的问题，11既不能被4整除，也不能被8整除。因此补充字节到16，这样就符合所有成员的自身对齐了。从这里可以看出联合体所占的空间不仅取决于最宽成员，还跟所有成员有关系，即其大小必须满足两个条件：
- (1)大小足够容纳最宽的成员；
- (2)大小能被其包含的所有基本数据类型的大小所整除。
对于U2联合体，同理知道，用运算符sizeof测试其大小为8。
运行后的结果如下：
16 8
u1各数据地址:
0x7ffeefbff608 0x7ffeefbff608 0x7ffeefbff608 0x7ffeefbff608
u1各数据地址:
0x7ffeefbff5d0 0x7ffeefbff5d0 0x7ffeefbff5d0 0x7ffeefbff5d0
Program ended with exit code: 0
上篇文章中，我们比对两个类是否相等最终判断了
isa.bits & ISA_MASK
的值是否相等。那为什么判断这两个的值是否相等即可呢，这即是本文讨论的话题。
首先浏览一下isa源码：
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
#if SUPPORT_PACKED_ISA
// extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags)
// nonpointer must be the LSB (fixme or get rid of it)
// shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would
// bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1
// RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range)
// future expansion:
// uintptr_t fast_rr : 1; // no r/r overrides
// uintptr_t lock : 2; // lock for atomic property, @synch
// uintptr_t extraBytes : 1; // allocated with extra bytes
# 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)
};
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
struct {
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
// SUPPORT_PACKED_ISA
#endif
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
# if __ARM_ARCH_7K__ >= 2
# define ISA_INDEX_IS_NPI 1
# define ISA_INDEX_MASK 0x0001FFFC
# define ISA_INDEX_SHIFT 2
# define ISA_INDEX_BITS 15
# define ISA_INDEX_COUNT (1 << ISA_INDEX_BITS)
# define ISA_INDEX_MAGIC_MASK 0x001E0001
# define ISA_INDEX_MAGIC_VALUE 0x001C0001
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t indexcls : 15;
uintptr_t magic : 4;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t weakly_referenced : 1;
uintptr_t deallocating : 1;
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
uintptr_t extra_rc : 7;
# define RC_ONE (1ULL<<25)
# define RC_HALF (1ULL<<6)
};
# else
# error unknown architecture for indexed isa
# endif
// SUPPORT_INDEXED_ISA
#endif
};
去掉注释，以及其他平台的兼容性代码（主要是x86_64相关的代码）后简化如下：
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
# 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)
};
};
初步看到isa_t的时候，相信大家还是比较难以理解：
- 结构体后的冒号是什么意思
-
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL定义的数字的含义
1.冒号是位域
位域
位域是指信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几 个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。
首先大家需要知道，不管X86还是arm的处理器都是64位的。16位操作系统中，int 占16位；在32位操作系统中，int 占32位。但是后来人们已经习惯了 int 占32位，因此在64位操作系统中，int 仍为32位。64位整型用 long long 或者64位即8个字节，即64位。
在文章结构体对齐（图解）与位域 中大家可以了解到位域对于结构体的大小起到一定的作用。
因此我们不难理解：isa_t中的bits占用了64位的数据。
上一篇文章中的
isa.bits & ISA_MASK
中
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
我们来看一下，这个0x0000000ffffffff8ULL换算成二进制
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有31位都是1。 对isa.bits和ISA_MASK进行与操作，会发生什么“化学反应”呢？
位操作符
位操作符包括：&（按位与）、|（按位或）、^（按位异或）。这三个操作符非常简单，需要注意的是，这三个操作符操作的必须是整数。
这里以&为例：
当&两边是bool类型的值时，该运算符作为逻辑运算符。作用如下：
当运算符两边的表达式的结果都为true时，整个运算结果才为true，否则，只要有一方为false，则结果为false。
当&两边不是bool类型的时候，该运算符作为位运算符，将两边的值作为二进制展开，依次对每一位进行 按位与。作用如下：
11100101 & 01011010 = 01000000
经过以上分析，我们不难得出：
上图中可以看出ISA_MASK的值转化为二进制中有33位都为1，上面的例子可以看出，按位与的作用是可以取出这33位中的值。那么此时很明显了，同ISA_MASK进行按位与运算即可以取出Class的值。
写到这里，我们再回头看看isa_t的源码，不难发现，这33位对应的是结构体的shiftcls的位域。其他的位域在最后也一并做个预习吧：
struct {
// 1代表优化后的使用位域存储更多的信息。
uintptr_t nonpointer : 1;
// 是否有设置过关联对象
uintptr_t has_assoc : 1;
// 是否有C++析构函数
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
// 存储着Class对象的内存地址信息
uintptr_t shiftcls : 33;
// 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
uintptr_t magic : 6;
// 是否有被弱引用指向过。
uintptr_t weakly_referenced : 1;
// 对象是否正在释放
uintptr_t deallocating : 1;
// 引用计数器是否过大无法存储在isa中
// 如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
// 里面存储的值是引用计数器减1
uintptr_t extra_rc : 19;
};
总结：
本文从isa的bits出发，总结了NSObject对象的联合体isa的部分字段的含义。希望大家对isa有更深的理解。
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