[iOS底层]-isa分析

2020/9/11 posted in  iOS底层 总阅读量

[iOS底层]-alloc和init底层逻辑中,我们分析了alloc的流程,在开辟完地址空间,和类进行关联的时候,调用了obj->initInstanceIsa方法,本篇文章就来分析一下isa是什么,有什么作用。

initInstanceIsa方法源码分析

找到initInstanceIsa函数的源码

inline void 
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
    ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());

    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

跳转到initIsa函数

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;
    }
}

发现isa = isa_t((uintptr_t)cls);调用了isa_t函数,我们继续下一步。

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
};
  • 联合体:联合体是一个结构,多个数据共享,多个数据每次只取其一,所以isa_t要么存放Class指针,要么就存放bits
  • 位域:有些信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节,只需要一个或者几个二进制位。比如在存放一个开关量是,只有0和1两种状态,用一位二进制即可。
  • 位域把一个字节中的二进制位划分为几个不同的区域,并说明每个区域的位数isa_t中就是开辟了bits个二进制位,并且使用struct来表示划分的区域和区域的位数。

isa.h文件我们可以找到ISA_BITFIELD的宏定义。

# 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)
  • 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。
  • 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: 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: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,则需要使到上⾯的has_sidetable_rc

getIsa方法研究

上面我们通过源码发现isa是一个联合体位域,我们是怎么来获取isa所指向的类呢?

inline Class 
objc_object::getIsa() 
{
    return ISA();
}

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
}
  1. getIsa最终调用的是ISA方法。
  2. 获取Class(也就是shiftcls位域段)的方法是通过isa.bits & ISA_MASK位运算来获取。

  • 通过左移右移运算来获取shiftcls
  1. 通过右移3位,把低位去除,因为右移,所以高位补了3位0,现在高位一共20位
  2. 左移20位去掉高位,左移后,低位需要补齐20位0
  3. 右移17位,就可以得到shiftcls了。