本文首发自RiverLi的公众号
Objective-C的动态性
我们都知道OC是一门动态性的语言，那么怎么理解动态性呢？动态性是指能将操作推迟到运行时再执行，所谓的运行时是指代码经过编译、链接之后，执行的状态。OC的动态性是由Runtime实现的。Runtime是一套C语言API，封装着很多动态性相关的函数。动态性有很多实践应用，比如：
- 利用关联对象(AssociatedObject)给分类添加属性
- 遍历类的所有成员变量。
- 交换方法实现。
- 利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题
- 等等
isa详解
我们知道OC中有类与元类之说，如下图是经典的对象关系图，有图可知：
- 对于对象来说isa指向其类。
-
对于类对象来说isa指向其元类。
OC类结构图
下面我们通过阅读源代码看对象的内部信息。
- 首先，在NSObject.h文件中我们可以看到如下信息
@interface NSObject <NSObject> {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}
- 我们将 main.m通过clang工具可以将OC源码编译为CPP代码
//编译命令
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
//main.m
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
}
return 0;
}
通过观察 main-arm64.cpp 文件我们可以发现如下信息：
//1.
typedef struct objc_object NSObject;
//2.
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
- 通过阅读runtime源码，我们可以获得如下信息
//objc-runtime-new.h
struct objc_class : objc_object {
Class superclass;
...
}
// objc-private.h
typedef struct objc_class *Class;
typedef struct objc_object *id;
struct objc_object {
private:
isa_t isa;
...
}
我们可以得到如下结论：
- NSObject其实是struct objc_object类型。
- objc_class继承自objc_object类型。
- Class其实是struct objc_class类型。
- objc_object内部含有一个isa变量，其类型是isa_t。
接下来我们继续看isa的实现，如下：
// objc-private.h
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.h
# 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)
//objc-class.mm
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
//objc-object.h
inline Class
objc_object::getIsa()
{
if (!isTaggedPointer()) return ISA();
uintptr_t ptr = (uintptr_t)this;
if (isExtTaggedPointer()) {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_EXT_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_EXT_SLOT_MASK;
return objc_tag_ext_classes[slot];
} else {
uintptr_t slot =
(ptr >> _OBJC_TAG_SLOT_SHIFT) & _OBJC_TAG_SLOT_MASK;
return objc_tag_classes[slot];
}
}
//objc-object.h
#if SUPPORT_NONPOINTER_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
}
// SUPPORT_NONPOINTER_ISA
#else
// not SUPPORT_NONPOINTER_ISA
inline Class
objc_object::ISA()
{
assert(!isTaggedPointer());
return isa.cls;
}
由上可知isa是由union结构实现的，在获取isa内容的时候通过SUPPORT_NONPOINTER_ISA宏来指定不同的取法。下面看宏的定义
#if !SUPPORT_INDEXED_ISA && !SUPPORT_PACKED_ISA
# define SUPPORT_NONPOINTER_ISA 0
#else
# define SUPPORT_NONPOINTER_ISA 1
#endif
#if __ARM_ARCH_7K__ >= 2 || (__arm64__ && !__LP64__)
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 1
#else
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 0
#endif
#if (!__LP64__ || TARGET_OS_WIN32 || \
(TARGET_OS_SIMULATOR && !TARGET_OS_IOSMAC))
# define SUPPORT_PACKED_ISA 0
#else
# define SUPPORT_PACKED_ISA 1
#endif
通过参考1、参考2，我们可以等到在针对arm64的iphone设备上，SUPPORT_INDEXED_ISA=0，SUPPORT_PACKED_ISA=0，SUPPORT_NONPOINTER_ISA=0, SUPPORT_INDEXED_ISA=0。 从而object_getClass的返回值是 a.bits & ISA_MASK`
isa其他字段意义
- 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
- has_assoc：是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
- has_cxx_dtor：是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
- shiftcls：存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息
- magic： 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
- weakly_referenced：是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
- deallocating：对象是否正在释放
- extra_rc：里面存储的值是引用计数器减1
- 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。
结论
- 对象的isa指向类，类的isa指针指向元类，元类的isa指针指向基类。
- isa是用union结构表示, 根据不同的平台isa所指向的对象的地址取法不一样，如arm64环境下，真实地址是：isa.bits & ISA_MASK
