OC做为一门动态语言，runtime是其最大的特点，它是一套底层的 C 语言 API，是 iOS 系统的核心之一。开发者在编码过程中，可以给任意一个对象发送消息，在编译阶段只是确定了要向接收者发送这条消息，而接受者将要如何响应和处理这条消息，那就要看运行时来决定了。在日常开发过程中类、对象、属性算是最常见的了，今天以对象为切入点，分析一下对象和类在runtime层面的表示。
类
类在runtime的表示为：
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
...
}
最关键的就是isa_t这个类型和一系列的构造函数，点击查看isa_t发现这是一个联合体：
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
}
可以看到这个联合体里面有个Class类型的属性cls，看起来里面应该是关于这个对象的类的相关信息，那我们再看看Class包含了哪些内容。
struct objc_class : objc_object {
// Class ISA;
Class superclass;
cache_t cache; // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits; // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
...
}
由此可见Class是一个objcclass类型的结构体，而objc_class继承自objc_object，说明类也是一个对象，只是比普通的对象多了一些属性，比如superclass等。
先不看这些属性，这里还有一个很奇怪的问题，既然类也是一个objc_object，那就是说类也有一个isa指针，那类的isa指针指向哪里呢？查看了不少资料，这篇讲的挺好:Classes and metaclasses
大致意思是在class之上还有叫做元类（meta class）的存在，而class的isa指针就是指向对应的meta class。
我们都知道class中存储的是描述对象的相关信息，那么相应的meta class中存放的就是描述class相关信息。说的更直白一点，在我们写代码时，通过对象来调用的方法（实例方法）都是存储在class中的，通过类名来调用的方法（类方法）都是存储在meta class中的。
到这里对象和类的关系已经比较清楚了，但是如果细细思考一下，会发现还有一个问题，就是meta class也是有isa指针的，那么这个isa又指向了哪里呢？在上面给出的那篇文章里面有这么一张图：
由图可知：meta class的isa指向root meta class（绝大部分情况下是NSObject），root meta class的isa指针指向自己。
isa_t
先看看完整的isa_t,因为运行环境是osx，所以只截取x86_64部分，arm64的区别只在于部分字段的位数不同，字段是完全相同的：
union isa_t
{
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
# __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
struct {
uintptr_t nonpointer : 1;
uintptr_t has_assoc : 1;
uintptr_t has_cxx_dtor : 1;
uintptr_t shiftcls : 44;
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)
};
}
看这个定义只能大概看出个框架，下面从isa的初始化过程来看看isa_t究竟是如何存储类或者元类的相关信息。
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
if (!nonpointer) {
isa.cls = cls;
} else {
isa_t newisa(0);
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
isa = newisa;
}
}
上来就看不懂，nonpointer是个什么，为什么在这里传的是true？在之前那位大神的另一篇文章中也有解释：Non-pointer isa。
大概的意思是在64位系统中，为了降低内存使用，提升性能，isa中有一部分字段用来存储其他信息。这也解释了上面isa_t的那部分结构体。
这有点像taggedPointer，两者之间有什么区别？备注一下后面再研究。
现在知道了nonpointer为什么是true，那么把initIsa方法先简化一下:
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
isa_t newisa(0);
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
isa = newisa;
}
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
一共三部分：
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
从ISA_MAGIC_VALUE的定义中可以看到这个字段初始化了两个部分，一个是magic字段(6位:111011)，一个是nonpointer字段(1位:1)，magic字段用于校验，nonpointer之前已经详细分析过了。newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
这个字段存储类是否有c++析构器。newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
将cls右移3位存到shiftcls中，从isa_t的结构体中也可以看到低3位都是用来存储其他信息的，既然可以右移三位，那就代表类地址的低三位全部都是0，否则就出错了，补0的作用应该是为了字节对齐。
因为nonpointer的缘故，isa并不只是用来存储类地址了，所以需要提供一个额外的方法来返回真正的地址：
inline Class
objc_object::ISA()
{
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
}
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
其实就是取isa_t结构体的shiftcls字段。
还有一些其他的字段，把上面那篇文章中相关部分翻译过来放在下面：
// 是否曾经或正在被关联引用，如果没有，可以快速释放内存
uintptr_t has_assoc : 1;
// 对象是否曾经或正在被弱引用，如果没有，可以快速释放内存
uintptr_t weakly_referenced : 1;
// 对象是否正在释放内存
uintptr_t deallocating : 1;
// 对象的引用计数太大，无法存储
uintptr_t has_sidetable_rc : 1;
// 对象的引用计数超过1，比如10，则此值为9
uintptr_t extra_rc : 8;
class_data_bits_t bits
通过注释（class_rw_t * plus custom rr/alloc flags）可以看到：class_data_bits_t其实是class_rw_t* 加上自定义的rr/alloc标志，rr/alloc标志是指含有的retain/release/autorelease/retainCount/alloc等。
struct class_rw_t {
// Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_array_t methods;
property_array_t properties;
protocol_array_t protocols;
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
char *demangledName;
}
里面有个很相似的结构体class_ro_t,其定义如下：
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
method_list_t *baseMethods() const {
return baseMethodList;
}
};
rw是指readwrite，ro是指readonly。也就是说在可读可写的结构体中存放了一个只读的结构体，而且这两个结构体很相似。
- 在编译期，类的相关方法，属性，协议会被添加到class_ro_t这个只读的结构体中。
- 在运行时，类第一次被调用的时候，class_rw_t会被初始化，category中的内容依然是这个时候被添加进来的。
- class_rw_t不仅仅用来存放运行时添加的信息，编译期确定下来的信息也会被拷贝进去。
