ios底层 isa的指向分析

前言

在前面我们学习到，在alloc的流程中，有一步操作就是初始化isa，那isa和ios中的对象是怎么的关系存储呢？他的主要作用是什么呢？下面开始分析

isa 所属的结构体

struct objc_object {
private:
    isa_t isa;

public:

    // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
    Class ISA();

    // getIsa() allows this to be a tagged pointer object
    Class getIsa();

    // initIsa() should be used to init the isa of new objects only.
    // If this object already has an isa, use changeIsa() for correctness.
    // initInstanceIsa(): objects with no custom RR/AWZ
    // initClassIsa(): class objects
    // initProtocolIsa(): protocol objects
    // initIsa(): other objects
    void initIsa(Class cls /*nonpointer=false*/);
    void initClassIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
    void initProtocolIsa(Class cls /*nonpointer=maybe*/);
    void initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor);

private:
    void initIsa(Class newCls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor);
};

可以看出，objc_object结构体才是存储isa具体信息，从它的初始化方法也可以看出，必须由个Class跟其绑定。而这个Class，就是我们要讨论的isa的指向问题。

那objc_object 跟NSObject有什么关系呢？我们看下object的源码

@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
  Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
/////  objc_class 结构
typedef struct objc_class *Class;
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
   .....
}
/////  objc_object 结构
struct objc_object {
private:
  isa_t isa;

public:

  // ISA() assumes this is NOT a tagged pointer object
  Class ISA();

  // getIsa() allows this to be a tagged pointer object
  Class getIsa();
  ....
  }
/////  isa_t 结构
  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
};

可以看出NSObject-> objc_class -> objc_object ->isa_t应该是这么一个关系

isa指向的分析

我们可以用下面测试：

通过源码我们可以看到isa的获取方式

return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);

define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL

我们在代码中进行测试下

对象的isa指向

LGPerson *p = [LGPerson alloc];
// 看看打印信息
 p/x LGPerson.class
 (Class) $13 = 0x0000000100002420 LGPerson   // 拿到Class
 
 // 拿到p的信息，第一个为isa的值
 (lldb) x/4gx p
  0x10062f7b0: 0x001d800100002421 0x0000000000000000
  0x10062f7c0: 0x00007fff304944a6 0x0000000100372da9
  
  // 用isa的值，进行遮罩取值，发现拿到的就是  LGPerson.class
  (lldb) p/x  0x001d800100002421 &  0x00007ffffffffff8ULL
  (unsigned long long) $15 = 0x0000000100002420

可以看出来isa里面存储了类信息。我们可以看出来，对象的isa指向了类，类里面也有个isa，那它指向谁呢？ 代码验证下

类的isa指向

// 打印出类对象地址信息
  (lldb) x/4gx LGPerson.class
  0x100002420: 0x001d8001000023f9 0x00007fff912c7140
  0x100002430: 0x000000010073af90 0x000000070000000f

  // 看类对象的isa指向谁
  (lldb) p/x  0x001d8001000023f9 &  0x00007ffffffffff8ULL
  (unsigned long long) $20 = 0x00000001000023f8
  (lldb) po 0x00000001000023f8
  LGPerson  

通过信息可以看出，对象的isa也指向了LGPerson，而这个LGPerson，其实是元类，那元类的isa又指向谁呢？接着验证

元类的isa指向

  // 获取元类地址信息
  (lldb) x/4gx 0x00000001000023f8
  0x1000023f8: 0x001dffff912c70f1 0x00007fff912c70f0
  0x100002408: 0x00000001006357c0 0x0000000400000007
  // 获取元类isa 指向
  (lldb) p/x  0x001dffff912c70f1 &  0x00007ffffffffff8ULL
  (unsigned long long) $22 = 0x00007fff912c70f0
  (lldb) po 0x00007fff912c70f0
  NSObject

通过上面可以看出元类的isa指向了NSObject，而这就是根元类，那么根元类的isa又指向谁呢？

根元类的isa指向

// 获取根元类的地址信息
(lldb) x/4gx 0x00007fff912c70f0
0x7fff912c70f0: 0x001dffff912c70f1 0x00007fff912c7140
0x7fff912c7100: 0x0000000100537a10 0x0000000300000007
// 获取跟元类isa 指向
(lldb)  p/x  0x001dffff912c70f1 &  0x00007ffffffffff8ULL
(unsigned long long) $24 = 0x00007fff912c70f0
(lldb) 

发现跟元类的isa指向的地址0x00007fff912c70f0 和 0x00007fff912c70f0是同一个地址，也就是说根元类的isa指向自己。 我们可以看下面这张图

总结