iOS isa与类关联的原理1

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前言

• 这篇主要内容探索 类与isa是如何关联的。
• 我们知道_class_createInstanceFromZone方法的关键三步：
  a. 获取实例的内存空间大小: cls->instanceSize()
b. 根据内存大小，分配内存空间，让实例指向内存开始地址: calloc
c. 关联isa，实例的isa指向类: obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor)， 结合位运算、联合体、位域和结构体的内存对齐的知识，我们探索oc对象的本质从关联isa，实例的isa指向类开始。

准备工作

先大概了解一个编译器：clang :

• clang是一个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/OC的编译器,主要是用于底层编译，将一些文件``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。

一 、查看类的编译源码

1 .打开终端，cd到文件目录下，利用clang将main.m编译成 main.cpp .

**

//1、将 main.m 编译成 main.cpp
clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp

其他举例：

//1、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/iPhoneSimulator13.7.sdk ViewController.m

//以下两种方式是通过指定架构模式的命令行，使用xcode工具 xcrun
//2、模拟器文件编译
- xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp 

//3、真机文件编译
- xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main- arm64.cpp 

2 .打开 main.cpp， 找到HJPerson，发现HJPerson在底层会被编译成 struct 结构体

点击NSObject_IMPL 跳转可以得到 isa

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

先看这里：

struct HJPerson_IMPL {
    struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
    NSString *_name;
};

这里的知识点：

• HJPerson中的第一个属性 NSObject_IVARS 等效于 NSObject中的isa, 每个类中都有默认属性isa ；

二 、翻开objc源码 可以看到 NSObject的isa 也是class类型

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

现在我们通过clang 看到类被编译成结构体之后，找到isa ，那么isa是如何关联类的信息的呢？
我们可以在 _class_createInstanceFromZone 的核心方法的第三步：

关联isa，实例的isa指向类: obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor)中找到答案，这里做了一系列操作isa和类信息的操作，我们再去查看initInstanceIsa 内部源码

inline void
objc_object::initProtocolIsa(Class cls)
{
    return initClassIsa(cls);
}

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

    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

//排队
inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
//断言
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
    
    if (!nonpointer) {
//关键代码： 初始化isa
        isa = isa_t((uintptr_t)cls);
    } else {
//禁用非指针Isa
        ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
//实例需要原始Isa
        ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
//关键代码： 初始化isa
        isa_t newisa(0);

#if SUPPORT_INDEXED_ISA
        ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);

        newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
        // isa.magic是ISA_MAGIC_VALUE的一部分
         // isa.nonpointer是ISA_MAGIC_VALUE的一部分
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
        isa = newisa;
    }
}

重要代码：isa_t： 指针的初始化

• isa = isa_t((uintptr_t)cls);
• isa_t newisa(0);

关键单词：nonpointer 非指针