前言
在前面的文章中我们探索了在iOS中alloc执行流程，在流程中最后的_class_createInstanceFromZone()方法中，主要执行如下：
-
size = cls->instanceSize(extraBytes);确认要开辟的空间大小 -
obj = (id)calloc(1, size);开辟空间 -
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);建立cls与isa的绑定。
这里文章就重点探索下initInstanceIsa()的内部实现。
联合体位域
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。
union 共用体名{
成员列表
};
共用体有时也被称为联合或者联合体，这也是 Union 这个单词的本意。
struct与union的区别
struct |
union |
|---|---|
| 各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响 | 所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员 |
| 结构体占用的内存大于等于所有成员占用的内存的总和（成员之间可能会存在缝隙） | 共用体占用的内存等于最长的成员占用的内存 |
位域：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。
联合体+位域
// 联合体
union
{
uint8_t value;
//位域
struct
{
uint8_t lowbit : 2;
uint8_t middlebit : 3;
uint8_t highbit : 3;
}byte;
}data;
value和byte共用一个字节的内存空间，改变value的值，那么byte的值也就改变了，同样改变byte中的位（lowbit占2位， middlebit占3位，highbit也占3位;）value的值也就改变了；一般情况下，我们要得到value中的高三位的值，需要得到这样（暂定高三位的值为x）x=(value>>5)&0x03,但是使用了位域，就可以直接得到了，省去了这样的一个计算的过程。
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
//联合体
union {
uint8_t value;
// 位域
struct {
uint8_t bit0:2;
uint8_t bit1:3;
uint8_t bit2:3;
};
}data1,data2;
data1.value = 20;
data2.bit0 = 3;
data2.bit1 = 3;
data2.bit2 = 0;
printf("bit0 = %d\r\n",data1.bit0);
printf("bit1 = %d\r\n",data1.bit1);
printf("bit2 = %d\r\n",data1.bit2);
printf("data1.value = %d\r\n",data1.value);
printf("data2.value = %d\r\n",data2.value);
}
}
console=>
bit0 = 0
bit1 = 5
bit2 = 0
data1.value = 20
data2.value = 15
回到OC
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor):
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
核心进入 -> initIsa()
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)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;
}
}
isa_t:一个典型的联合体位域结构
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
};
ISA_BITFIELD:位域结构分布宏定义(arm64和x86_64)
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
# 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)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
# 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)
# else
# error unknown architecture for packed isa
# endif
isa_t联合体位域段位信息分布(转载于Cooci)
以下是各段位字段注释：
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。（重要）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:标志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:当对象引用计数大于 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， 则需要使用到上面的 has_sidetable_rc。
到此，我们可以看出isa在其64bit的长度中，存储了很多的信息；而广义上的我们说isa其实读取的是shiftcls段位的信息。如下：
inline Class
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
}
isa经典走位图
isa流程图.png
总结
以上仅为罗列笔记。
