「类与对象」说一说isa指针

概要

在讲isa指针前，我们先来看一道经典的面试题：

对象的isa指针指向哪里？

看到这道题，心中可能朦朦胧胧有些答案，也可能不太确定，抑或说不明白。那咱就带着这个问题，揭开isa指针的神秘面纱。

这篇文章主要就isa的作用、数据结构以及如何优化等方面进行讲解。

isa的作用

在文章NSObject对象的分类中，详细讲解了isa指针的指向、如何寻找实例方法和类方法以及如何通过isa指针找到类对象和元类对象的。

基本总结一下，instance对象的isa指向instance对象所对应的Class对象，Class对象的isa指向Class对象所对应的MetaClass对象。

isa结构变化

在ARM 32位的时候，isa的类型是Class类型的，直接存储着实例对象或者类对象的地址, 具体结构如下所示：

typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

在ARM64结构下，isa的类型变成了共用体(union)，使用了位域去存储更多信息。

isa_t 结构如下所示：

union isa_t 
{
    Class cls;
    uintptr_t bits;
        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;
    };
}

位域

• 定义：是一种数据结构，可以把数据以位的形式紧凑的储存，并允许程序员对此结构的位进行操作。
• 优点：
• • 可以使数据单元节省储存空间，尤其当数据单元比较多时；
  • 位段可以很方便的访问一个整数值的部分内容从而可以简化程序源代码；
• 缺点：其内存分配与内存对齐的实现方式依赖于具体的机器和系统，在不同的平台可能有不同的结果，这导致了位段在本质上是不可移植的。

isa使用位域加共用体的数据结构，一方面提高了访问速度，一方面减少了内存占用。

isa中的位域

• nonpointer：占用1bit
• • 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；
• has_assoc：占用1bit, 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快；
• has_cxx_dtor：占用1bit，是否有C++的析构函数(.cxx_destruct)，如果没有，释放时会更快；
• shiftcls：占用33bit，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息；
• magic：占用6bit，用于在调试时分辨对象是否未完成初始化;
• weakly_referenced：占用1位，是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快;
• deallocating：占用1bit，对象是否正在释放;
• has_sidetable_rc:占用1bit，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。
• extra_rc：占用19bit,里面存储的值是引用计数器减1

参考链接

• Unions And Bit-Fields
• objc4源码
• bit-field wikipedia