isa与类关联的原理对象的本质 1.clang的了解 Clang是⼀个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/O

对象的本质

1.clang的了解

Clang是⼀个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/Objective-C轻量级编译器.源代码发布于LLVM BSD协议下.Clang将⽀持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更好的处理constexpr关键字。
它与GNU C语⾔规范⼏乎完全兼容（当然，也有部分不兼容的内容，包括编译命令选项也会有点差异），并在此基础上增加了额外的语法特性，⽐如C函数重载（通过__attribute__((overloadable))来修饰函数），其⽬标（之⼀）就是超越GCC.
它主要是用于底层编译，将一些OC文件输出成C++文件，例如main.m 输出成main.cpp，其目的是为了更好的观察底层的一些结构及实现的逻辑，方便理解底层原理

2. Clang操作指令

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp 

// UIKit报错问题 -- 将 ViewController.m 编译成  ViewController.cpp
clang -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.0.0 -isysroot /
Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/
iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.0.sdk ViewController.m 

// `xcode`安装的时候顺带安装了`xcrun`命令，`xcrun`命令在`clang`的基础上进⾏了⼀些封装，要更好⽤⼀些
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o 
main-arm64.cpp (模拟器) 
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o mainarm64.cpp (⼿机)

3。探索对象的本质

先在main函数里面写测试代码
通过终端，利用clang将main.m编译成 main.cpp,在终端输入以下命令

xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp

打开编译好的main-arm64.cpp，找LGPerson的定义，发LGPerson在底层会被编译成struct 结构体

@interface NSObject <NSObject> {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
}

//NSObject 的底层编译
struct NSObject_IMPL {
	Class isa;
};

//LGPerson的底层编译
struct LGPerson_IMPL {
	struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS; // 等效于 Class isa;
	NSString *_name;
};

如下图所示

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通过编译好的main-arm64.cpp我们可以看到:

NSObject的底层实现其实就是一个包含一个isa指针的结构体.
Class其实就是一个指针，指向了objc_class类型的结构体.
LGPerson_IMPL结构体内有三个成员变量:
isa 继承自父类NSObject
KCName
_name
对于属性name:底层编译会生成相应的setter(I_LGPerson_setName,setter方法内调用objc_setProperty方法)、getter(_I_LGPerson_name)方法,且帮我们转化为_name

通过上述分析，理解了OC对象的本质 -- 结构体，但是看到NSObject的定义，会产生一个疑问：为什么isa的类型是Class?

alloc方法的核心之一的initInstanceIsa方法，通过查看这个方法的源码实现，我们发现，在初始化isa指针时，是通过isa_t类型初始化的，
而在NSObject定义中isa的类型是Class，其根本原因是由于isa 对外反馈的是类信息，为了让开发人员更加清晰明确，需要在isa返回时做了一个类型强制转换，类似于swift中的 as 的强转。。源码中isa的强转如下图所示

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总结所以从上述探索过程中可以得出：

OC对象的本质其实就是结构体
LGPerson中的isa是继承自NSObject中的isa

cls 与类的关联原理

联合体（union）

构造数据类型的方式有以下两种：

结构体（struct）
联合体（union，也称为共用体）结构体结构体是指把不同的数据组合成一个整体，其变量是共存的，变量不管是否使用，都会分配内存。
缺点：所有属性都分配内存，比较浪费内存，假设有4个int成员，一共分配了16字节的内存，但是在使用时，你只使用了4字节，剩余的12字节就是属于内存的浪费
优点：存储容量较大，包容性强，且成员之间不会相互影响

联合体联合体也是由不同的数据类型组成，但其变量是互斥的，所有的成员共占一段内存。而且共用体采用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会将原来成员的值覆盖掉

缺点：，包容性弱
优点：所有成员共用一段内存，使内存的使用更为精细灵活，同时也节省了内存空间

两者的区别

内存占用情况

结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员

内存分配大小

结构体内存 >= 所有成员占用的内存总和（成员之间可能会有缝隙）共用体占用的内存等于最大的成员占用的内存

isa的类型 isa_t

以下是isa指针的类型isa_t的定义，从定义中可以看出是通过联合体（union）定义的。

    isa_t() { }
    isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
    //提供了cls 和 bits ，两者是互斥关系
    Class cls;
    uintptr_t bits;
#if defined(ISA_BITFIELD)
    struct {
        ISA_BITFIELD;  // defined in isa.h
    };
#endif
};

isa_t类型使用联合体的原因也是基于内存优化的考虑，这里的内存优化是指在isa指针中通过char + 位域（即二进制中每一位均可表示不同的信息）的原理实现。通常来说，isa指针占用的内存大小是8字节，即64位，已经足够存储很多的信息了，这样可以极大的节省内存，以提高性能从isa_t的定义中可以看出：

提供了两个成员，cls 和 bits，由联合体的定义所知，这两个成员是互斥的，也就意味着，当初始化isa指针时，有两种初始化方式

通过cls初始化，bits无默认值

通过bits初始化，cls有默认值
还提供了一个结构体定义的位域，用于存储类信息及其他信息，结构体的成员ISA_BITFIELD，这是一个宏定义，有两个版本 arm64（对应ios 移动端）和 x86_64（对应macOS），以下是它们的一些宏定义，如下图所示

isa原理探索

通过alloc --> _objc_rootAlloc --> callAlloc --> _objc_rootAllocWithZone --> _class_createInstanceFromZone方法路径，查找到initInstanceIsa，并进入其原理实现

objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
    ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
    //初始化isa
    initIsa(cls, true, hasCxxDtor); 
}

initIsa分析

isa_t newisa(0)相当于初始化isa这个东西，newisa.相当于给isa赋值属性.
SUPPORT_INDEXED_ISA适用于WatchOS,isa作为联合体具有互斥性，而cls、bits是isa的元素，所以当!nonpointer=true时对cls进行赋值操作，为false是对bits进行赋值操作（反正都是一家人，共用一块内存地址）.

验证isa指针位域（0-64）

根据前文提及的0-64位域，可以在这里通过initIsa方法证明isa指针中有这些位域（目前是处于macOS，所以使用的是x86_64）.

首先通过main中的TCJPerson 断点 --> initInstanceIsa --> initIsa --> isa_t newisa(0)完成 isa初始化.
执行LLDB指令: p newisa,得到newisa的详细信息

继续往下执行，走到newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;下一行，表示为isa的bits成员赋值，重新执行LLDB命令p newisa，得到的结果如下

isa与类关联的原理