isa

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之前的博客留了一个64位CPU中isa指针的坑，今天来填个坑。

isa 的本质

回顾OC对象的本质，每个OC对象都含有一个isa指针，arm64 之前，isa仅仅是一个指针，保存着对象或类对象内存地址，在 arm64 架构之后，apple对isa进行了优化，变成了一个共用体 union 结构，同时使用位域来存储更多的信息。OC对象的isa指针斌不是直接指向类对象或者是元类对象的，而是需要 &ISA_MASK 通过位运算才能取到相应的地址，但是为什么要这样做。

objc_object

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struct objc_object {
private:
    isa_t isa;
...
}

isa_t

isa 指针其实是一个 isa_t 类型的共用体，我们看下 isa_t 内部查看其结构。

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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
};

上述源码中 isa_t 是 union 类型，union 表示共用体。可以看到共用体中有一个结构体，结构体内部分别定义了一些变量，变量后面的值代表的是该变量占用多少个字节，也就是位域。

位域

位域声明 位域名 : 位域长度

  • 如果一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。
  • 位域的长度不能大于数据类型本身的长度，比如int类型就不能超过32位二进位。
  • 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置，无名的位域是不能使用的。

ISA_BITFIELD

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# 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)

# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
#   define ISA_BITFIELD                                                        \
      uintptr_t nonpointer        : 1;                                         \
      uintptr_t has_assoc         : 1;                                         \
      uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;                                         \
      uintptr_t shiftcls          : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
      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)

# else
#   error unknown architecture for packed isa
# endif

上面的代码描述了再64位下 arm64 架构和 x86_64 架构中的 isa 的占用空间布局。

isa中存储的信息及作用

  • nonpointer：0代表一个普通指针，储存着Class、Meta-Class对象的内存地址。1代表优化后的使用位域储存更多的信息的结构体。
  • has_assoc：表示是否有设置过关联的对象，如果没有，释放时候会更快。
  • has_cxx_dtor：表示是否有声明C++析构函数，如果没有释放会更快。
  • shiftcls：这里存储着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：表示是否有被弱引用指向过。
  • deallocating：表示对象是否正在释放。
  • 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的属性中。
  • extra_rc：里面存储的值是引用计数器减1。

参考链接