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1、isa.md

File metadata and controls

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isa指针

我们在研究OC对象的时候已经知道了，实力对象的isa指向类对象，类对象的isa指向元类对象。其实这样说还是有一点不对的，应该说在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、 Meta-Class 对象的内存地址；但是从arm64之后，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存放跟多的信息。

我们在这里下载runtime源码，然后查找struct objc_object里面的isa,这里我们只研究arm64架构isa

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)
};

我们发现isa的结构是这种共用体（union）结构，其实使用这种共用体是一种优化，isa不在单独存放的是一个指针信息了，里面存放了更多的其他信息。

概念

想要明白isa变成共用体（union）结构,是一种优化，我们需要先了解一些概念

  • 1、位运算
  • 2、字节和位
  • 3、位域
  • 4、共用体

位运算

位运算的运算符有下面几个

  • 1、左移：<<
  • 2、右移：>>
  • 3、按位或：|
  • 4、按位与：&
  • 5、按位取反：~
  • 6、按位异或：^ 其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异时，结果为1

与操作& 与操作&：都是1则为1，一个0就是0。可以用来取出来特定的位。例如一个二进制0b 0000 0111,我们分别想取出第一位1和第四位0。

 0000 0111            0000 0111
&0000 0001           &0000 1000
--------------       --------------
 0000 0001            0000 0000

我们可以发现我们使用按位与&的时候，我们如果想取出哪一位，把改为设置为1，其他位设置为0就可以了。

介绍到了&，我再来介绍一个概念，掩码：一般用来按位与(&)运算的，具体有什么作用，我们下面会进行讲解

或操作|

或操作|：一个是1，则为1，全部是0才为0。 例如一个二进制0b 0101 1010。

  0101 1010
| 0001 1100           
--------------
  0101 1110

如果我们想要某一位，就该该位或上一个0

左移：<< 二进制位全部左移若干位，左边的丢弃，右边补0

  • 1、1<<0 1左移0位，0b0000 0001
  • 2、1<<1 1左移1位，0b0000 0010
  • 3、1<<2 1左移2位，0b0000 0100
  • 4、1<<3 1左移3位，0b0000 1000

右移：>>

二进制右移若干位，正数左边补0，负数左边补1，右边丢弃。

例如 12>>2 0000 1100 = 12 0000 0011 = 2 (右移后)

特点：每右移一位，就除以一次2。a>>n 就是 a除以2的n次方

字节和位

  • Bit意为“位”或“比特”，是计算机运算的基础，属于二进制的范畴；
  • Byte意为“字节”，是计算机文件大小的基本计算单位；

通常用bit来作数据传输的单位，因为物理层，数据链路层的传输对于用户是透明的，而这种通信传输是基于二进制的传输。在应用层通常是用byte来作单位，表示文件的大小，在用户看来就是可见的数据大小

换算 1 Byte = 8 Bits 1 KB = 1024 Bytes 1 MB = 1024 KB 1 GB = 1024 MB 另外，Byte通常简写为B(大写），而bit通常简写为b（小写）。可以这么记忆，大写的为大单位，实际数值小，小写的为小单位，实际数值较大，1B=8b。

位域

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。它实际上是C语言提供的一种数据结构。

使用位域的好处是：

  • 1.有些信息在存储时，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。这样节省存储空间，而且处理简便。 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。
  • 2.可以很方便的利用位域把一个变量给按位分解。比如只需要4个大小在0到3的随即数，就可以只rand()一次，然后每个位域取2个二进制位即可，省时省空间

struct 位域结构名 { 位域列表 }; 其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度;

struct {
	char tall : 1;
	char rich : 1;
	char handsome : 1;
} _tallRichHandsome;

4、共用体

union中可以定义多个成员，union的大小由最大的成员的大小决定；

union成员共享同一块大小的内存，一次只能使用其中的一个成员； 对union某一个成员赋值，会覆盖其他成员的值（但前提是成员所占字节数相同，当成员所占字节数不同时只会覆盖相应字节上的值，比如对char成员赋值就不会把整个int成员覆盖掉，因为char只占一个字节，而int占四个字节）； union量的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放的。

案例

例如我们创建一个Person类，里面有三个Bool属性，tall、rich、handsome。

@property (nonatomic,assign) BOOL tall;
@property (nonatomic,assign) BOOL rich;
@property (nonatomic,assign) BOOL handsome;

我们知道这三个属性占用了3个字节。其实这个时候我们可以考虑到使用位域或者共用体的概念,使用位（Bit）的0和1来代表这三个属性的YES NO，那个三个属性就只是占用了2个字节

位域代码

@interface Person()
{
// 位域
struct {
	char tall : 1;
	char rich : 1;
	char handsome : 1;
	} _tallRichHandsome;
}
@end
@implementation Person

- (void)setTall:(BOOL)tall
{
	_tallRichHandsome.tall = tall;
}

- (BOOL)isTall
{
	return !!_tallRichHandsome.tall;
}

- (void)setRich:(BOOL)rich
{
	_tallRichHandsome.rich = rich;
}

- (BOOL)isRich
{
	return !!_tallRichHandsome.rich;
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome
{
	_tallRichHandsome.handsome = handsome;
}

- (BOOL)isHandsome
{
	return !!_tallRichHandsome.handsome;
}

为什么会出现!!，我们知道!(-1) == NO ，!上一个存在的值是NO，!!两次那么只会出现YES 和 NO了。

共用体

其实我们观察isa的类型，发现isa其实是使用的共用体，

#define TallMask (1<<0)
#define RichMask (1<<1)
#define HandsomeMask (1<<2)


@interface Person()
{
	union {
		int bits;
		struct {
			char tall : 1;
			char rich : 1;
			char handsome : 1;
		};
	} _tallRichHandsome;
}
@end

@implementation Person

- (void)setTall:(BOOL)tall
{
	if (tall) {
		_tallRichHandsome.bits |= TallMask;
	} else {
		_tallRichHandsome.bits &= ~TallMask;
	}
}

- (BOOL)isTall
{
	return !!(_tallRichHandsome.bits & TallMask);
}

- (void)setRich:(BOOL)rich
{
	if (rich) {
		_tallRichHandsome.bits |= RichMask;
	} else {
		_tallRichHandsome.bits &= ~RichMask;
	}
}

- (BOOL)isRich
{
	return !!(_tallRichHandsome.bits & RichMask);
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome
{
	if (handsome) {
		_tallRichHandsome.bits |= HandsomeMask;
	} else {
		_tallRichHandsome.bits &= ~HandsomeMask;
	}
}

- (BOOL)isHandsome
{
	return !!(_tallRichHandsome.bits & HandsomeMask);
}

#define TallMask (1<<0)这是掩码，为了方便阅读。

struct {
	char tall : 1;
	char rich : 1;
	char handsome : 1;
};

其实也仅仅是方便阅读的作用，让我们知道tall、rich、handsome是在哪一位上，去掉并不影响代码。

扩展：位运算应用

其实我们可以看到苹果官方文档上面有很多地方运用到了位运算

typedef NS_ENUM(NSInteger, LXDAuthorizationType)
{
	LXDAuthorizationTypeNone = 0,
	LXDAuthorizationTypePush = 1 << 0,  ///<    推送授权
	LXDAuthorizationTypeLocation = 1 << 1,  ///<    定位授权
	LXDAuthorizationTypeCamera = 1 << 2,    ///<    相机授权
	LXDAuthorizationTypePhoto = 1 << 3,     ///<    相册授权
	LXDAuthorizationTypeAudio = 1 << 4,  ///<    麦克风授权
	LXDAuthorizationTypeContacts = 1 << 5,  ///<    通讯录授权
};


typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, UIViewAutoresizing) {
	UIViewAutoresizingNone                 = 0,
	UIViewAutoresizingFlexibleLeftMargin   = 1 << 0,
	UIViewAutoresizingFlexibleWidth        = 1 << 1,
	UIViewAutoresizingFlexibleRightMargin  = 1 << 2,
	UIViewAutoresizingFlexibleTopMargin    = 1 << 3,
	UIViewAutoresizingFlexibleHeight       = 1 << 4,
	UIViewAutoresizingFlexibleBottomMargin = 1 << 5
};

太多了，我就不一一列举了。其实我们在有些情况下也可以参考这样的设计。 例如

typedef enum {
    OptionsOne = 1<<0,   // 0b0001
    OptionsTwo = 1<<1,   // 0b0010
    OptionsThree = 1<<2, // 0b0100
    OptionsFour = 1<<3   // 0b1000
} Options

- (void)setOptions:(Options)options
{
    if (options & OptionsOne) {
   	 NSLog(@"包含了OptionsOne");
    }
    
    if (options & OptionsTwo) {
    	NSLog(@"包含了OptionsTwo");
    }
    
    if (options & OptionsThree) {
    	NSLog(@"包含了OptionsThree");
    }
    
    if (options & OptionsFour) {
   	 NSLog(@"包含了OptionsFour");
    }
}


调用上面方法
[self setOptions: OptionsOne | OptionsFour];

最后

isa

最后我们在看一下isa结构吧

  • 1、nonpointer：0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址；1，代表优化过，使用位域存储更多的信息
  • 2、has_assoc：是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
  • 3、has_cxx_dtor：是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
  • 4、shiftcls：存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息
  • 5、magic：用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
  • 6、weakly_referenced：是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
  • 7、deallocating：对象是否正在释放
  • 8、extra_rc：里面存储的值是引用计数器
  • 9、has_sidetable_rc：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