本文可能篇幅比较长，主要为了自己日后温习知识所用。如果有幸被你发现这篇文章，并且引起了你的阅读兴趣，希望这篇文章能对你有所帮助。如发现任何有误之处，肯请留言纠正，谢谢。️
一：isa是什么？
iOS底层探究-浅谈alloc,init,new 前面的文章中我们提到过，基类NSObject有个默认的属性isa：
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
那么isa是什么呢？
苹果有段官方的描述： “A pointer to the class definition of which this object is an instance”。
isa其实是指一个实例对象指向该对象的类的指针。没错，早期的时候isa的确是单纯的一个指针，只不过后期苹果进行了优化，不但保存了指针的地址，另外也存储了一些类的信息。下面我们看下苹果isa的源代码：
union isa_t {
//两个默认的构造函数
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
//isa指向的类
Class cls;
uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
struct {
//位域
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
#endif
};
可以看出isa其实是个union联合体，苹果这块用联合体优化内存占用，并且使用位域ISA_BITFIELD增加可读性。联合体和位域的结合使用，我会单独去写，请持续关注，我们先看下 ISA_BITFIELD 位域的定义和使用。
定义：
# 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
根据Union联合体的特性
isa_t总共占用8个字节64位其中：
nonpointer代表是否是纯指针 0 代表纯指针 1 代表不止是类对象地址，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
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
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
weakly_referenced
存储对象是否被指向或者曾经指向一个 ARC 的弱变量，
没有弱引用的对象可以更快释放。
deallocating
标志对象是否正在释放内存
has_sidetable_rc
当对象引用技术大于 10 时，则需要借用该变量存储进位
extra_rc
当表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减 1， 例如，如果对象的引用计数为 10，那么 extra_rc 为 9。如果引用计数大于 10， 则需要使用到下面的 has_sidetable_rc
二：isa指针走位
前面我们已经看到了isa_t结构体保存了类的很多信息，其中就包括了类指针的值。下面我们就研究下isa的指针走位。先看一张大神画的图：
图中实线箭头代表类继承的走向，而虚线箭头是代表isa的走向
其实我第一次看这张图的时候是懵逼的，乱七八糟的线根本看不出是表达什么逻辑。后来随着对底层实现的了解和探索，才慢慢了解了图作者想表达的意思，下面我就和大家一起来研究一下
1：静态分析，我们要研究isa，先看下系统是怎样获取类对象的：
object_getClass()是系统获取类对象的一个函数，内部是这样实现的
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
objc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();
uintptr_t ptr = (uintptr_t)this;
if (isExtTaggedPointer()) {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
return objc_tag_ext_classes[slot];
} else {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
return objc_tag_classes[slot];
}
}
我们知道objc都是!isTaggedPointer的，可以直接定位到ISA()函数。
objc_object::ISA()
{
assert(!isTaggedPointer());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
if (isa.nonpointer) {
uintptr_t slot = isa.indexcls;
return classForIndex((unsigned)slot);
}
return (Class)isa.bits;
#else
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}
SUPPORT_INDEXED_ISA这个宏定义在iOS是0.
(Class)(isa.bits & ISA_MASK)这句话就是我们的重点了,系统通过&运算结合mask来得到isa类指针的值
最后（Class）做了步强转返回Class
2：动态调试，模拟静态代码的步骤，通过lldb工具印证我们的推测
我们通过objc最新的源码，建立一个target方便我们调试。
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
JSPerson *object = [JSPerson alloc];
// 断点位置
}
return 0;
}
- isa从对象指向类
添加断点，我们通过lldb来调试
(lldb) x/2xg object // 打印类的信息
0x101a4c8b0: 0x001d800100001101 0x0000000000000000
其中0x001d800100001101就是对象中的isa我们坐下运算
(lldb) p/x 0x001d800100001101 & 0x0000000ffffffff8
(long) $2 = 0x0000000100001100
然后对对象所属的类进行打印
(lldb) p/x object.class
(Class) $3 = 0x0000000100001100 JSPerson
我们看到了
$2和$3是相等的，也就印证了我们的第一步，对象和类是靠isa建立绑定的
那么类的isa会指向何处呢？我们先看下底层对类结构体的定义：
struct objc_class : objc_object // 类在底层其实是个继承于objc_object的结构体，万物皆对象在这里得到印证
// 我们看下objc_class这个结构体
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
说明objc_class第一个成员也是isa，那我们继续打印
- isa从类指向元类
(lldb) x/2xg 0x0000000100001100
0x100001100: 0x001d8001000010d9 0x0000000100b00140
(lldb) p/x 0x001d8001000010d9 & 0x0000000ffffffff8
(long) $4 = 0x00000001000010d8
(lldb) po 0x00000001000010d8
JSPerson
我们看到输出的又是JSPerson，但是内存地址却不相同，其实他是JSPerson的元类（metaClass），metaClass 是 Class 对象的类，同样也是个对象。每个类都必须有一个唯一的 metaClass.
- isa从元类指向根元类
(lldb) x/2xg 0x00000001000010d8
0x1000010d8: 0x001d800100b000f1 0x0000000100b000f0
(lldb) p/x 0x001d800100b000f1 & 0x0000000ffffffff8
(long) $6 = 0x0000000100b000f0
(lldb) po 0x0000000100b000f0
NSObject
输出了NSObject的元类也就是所有类的根元类
- isa从根元类指向根根元类
(lldb) x/2xg 0x0000000100b000f0
0x100b000f0: 0x001d800100b000f1 0x0000000100b00140
(lldb) p/x 0x001d800100b000f1 & 0x0000000ffffffff8
(long) $8 = 0x0000000100b000f0
(lldb) po 0x0000000100b000f0
NSObject
你会发现无论你打印多少次得到的结果都是NSObject内存地址也不会变，形成了循环。
三：总结
我们在把这张图拿过来，现在感觉是不是清晰了很多？
isa走位总结：实例对象->类->元类->根元类->根根元类(根元类本身)
继承关系 ：Subclass->Superclass->Root class
下一篇文章 将对类的结构做跟细致的研究，如果觉得喜欢的话还请加个关注，我会经常保持更新。
