知识要点：
Clang简介
对象本质
类和对象如何关联(initIsa)
Clang
Clang是一个C语言、C++、Objective-C语言的轻量级编译器。源代码发布于BSD协议下。 Clang将支持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更好的处理constexpr关键字。
Clang是一个由Apple主导编写，基于LLVM C/C++/Objective-C编译器
2013年4月,Clang已经全面支持C++11标准，并开始实现C++1y特性(也就是C++14，这是 C++的下一个小更新版本)。Clang将支持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更 好的处理constexpr关键字。
Clang是一个C++编写、基于LLVM、发布于LLVM BSD许可证下的C/C++/Objective-C/ Objective-C++编译器。它与GNU C语言规范几乎完全兼容(当然，也有部分不兼容的内容， 包括编译命令选项也会有点差异)，并在此基础上增加了额外的语法特性，比如C函数重载 (通过attribute((overloadable))来修饰函数)，其目标(之一)就是超越GCC。
对象本质
定义一个对象，使用clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 把目标文件编译成c++文件
编译时可能会遇到以下问题：
UIKit报错问题
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot / Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/ iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator13.0.sdk main.m
xcode安装的时候顺带安装了xcrun命令，xcrun命令在clang的基础上进行了 一些封装，要更好用一些
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (模拟器)
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp (手机)
编译之后，你会看到上万行代码，不要慌，直接搜索类名，找到如下代码(在Mac上调试)：
#ifndef _REWRITER_typedef_Person
#define _REWRITER_typedef_Person
typedef struct objc_object Person;
typedef struct {} _objc_exc_Person;
#endif
struct Person_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
};
结论：对象的本质是结构体
类到底是如何被关联的
在alloc与init探索中说到，类与开辟的空间是通过initInstanceIsa关联起来的，但是，没有详细探索。上源码：
// Define SUPPORT_INDEXED_ISA=1 on platforms that store the class in the isa
// field as an index into a class table.
// Note, keep this in sync with any .s files which also define it.
// Be sure to edit objc-abi.h as well.
#if __ARM_ARCH_7K__ >= 2 || (__arm64__ && !__LP64__)
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 1
#else
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 0
#endif
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
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;
}
}
1.为了探索需要，先看看isa的定义：
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定义
# 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
思考
apple在定义isa时，为什么要考虑使用联合体，而不使用结构体?
我们知道，现在几乎都支持64位，64位可以存储2的64次方个数据。但是一个类的基本信息用这64位完全够用，不需要定义一个结构体，在结构体中定义一个个成员来存储类的信息。这样做，大大减少了内存，毕竟一个工程所创建的类还是比较多的。
注意：
isa是存储类的信息，并不包括属性、方法等，这些信息在其Class中
2.接下来，我们进行验证
2.1）定义一个Person类
@interface Person : NSObject
@end
#import "Person.h"
@implementation Person
@end
2.2）在之前配置好的objc源码中，找到mian函数，引入Person并初始化，下断点：
2.3）在initInstanceIsa、initIsa方法中断点
注意：开始运行前，这两个断点先去掉，等走到Person的断点位置，再放开这两个断点，会进入initIsa：
2.4）断点继续走，我们看到给isa赋初始值：
2.5）输出isa：
3.见证奇迹
3.1）ISA_MAGIC_VALUE是：0x001d800000000001ULL，转换为二进制:
3.2）将ISA_MAGIC_VALUE转换为二进制，isa赋值之后，根据ISA_BITFIELD(isa位域)对应的位置表示：
3.3）乍一看，觉得cls和bits不同，违反了联合体的互斥原则，其实是相同的，只不过一个是16机制表示，一个是10进制表示。将上图的值与isa打印的值比较，是一一对应的
3.4）每一个位域表示的含义
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。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。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: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:当对象引用技术大于 10 时，则需要借用该变量存储进位3.5）对shiftcls赋值
(uintptr_t)cls是将cls转为10进制,我们再次打印isa：
为什么要右移3位？是要把位域中的最后三位抹除，验证：
既然右移3位将第三位抹零，因为shitcls占44位，左移20位，将高20位抹零。由于先右移3后左移20，所以，需要右移17位回归到原位置，然后输出，你发现他就是Person：
可能你对左移右移迷糊，看下图
Apple早就想到移来移去太麻烦，定义了一个掩码ISA_MASK，直接将isa的shitcls与上掩码(高17位低3位都是0，中间44位是1)，就可得到cls：
思考
isa明明是一个联合体，为什么在对象中是一个Class类型？
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
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;
其实，本质是一样的。我们在使用的时候，都是Class，这是对我们直接访问类的属性或方法是方便的，所以，获取类时会将isa的联合体转换为Class
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
}
