一、isa指標結構
union isa_t { isa_t() { } isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { } Class cls; uintptr_t bits;#if SUPPORT_PACKED_ISA // extra_rc must be the MSB-most field (so it matches carry/overflow flags) // nonpointer must be the LSB (fixme or get rid of it) // shiftcls must occupy the same bits that a real class pointer would // bits + RC_ONE is equivalent to extra_rc + 1 // RC_HALF is the high bit of extra_rc (i.e. half of its range) // future expansion: // uintptr_t fast_rr : 1; // no r/r overrides // uintptr_t lock : 2; // lock for atomic property, @synch // uintptr_t extraBytes : 1; // allocated with extra bytes# if __arm64__# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL struct { 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 struct { 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// SUPPORT_PACKED_ISA#endif#if SUPPORT_INDEXED_ISA# if __ARM_ARCH_7K__ >= 2# define ISA_INDEX_IS_NPI 1# define ISA_INDEX_MASK 0x0001FFFC# define ISA_INDEX_SHIFT 2# define ISA_INDEX_BITS 15# define ISA_INDEX_COUNT (1 << ISA_INDEX_BITS)# define ISA_INDEX_MAGIC_MASK 0x001E0001# define ISA_INDEX_MAGIC_VALUE 0x001C0001 struct { uintptr_t nonpointer : 1; uintptr_t has_assoc : 1; uintptr_t indexcls : 15; uintptr_t magic : 4; uintptr_t has_cxx_dtor : 1; uintptr_t weakly_referenced : 1; uintptr_t deallocating : 1; uintptr_t has_sidetable_rc : 1; uintptr_t extra_rc : 7;# define RC_ONE (1ULL<<25)# define RC_HALF (1ULL<<6) };# else# error unknown architecture for indexed isa# endif// SUPPORT_INDEXED_ISA#endif};
分析：
1.我們知道，實體物件的isa指標指向該物件所屬類的類物件；類物件的isa指向其元類物件；
2.真機為arm64架構，模擬器和mac電腦為x86架架構，以下以arm64為例講解；
3.在64位系統下，指標所占位元組為8個即64位；
4.在arm64之前，isa就是一個普通的指標，存放著類（元類）物件的地址；之后，則需要&
ISA_MASK掩碼，才能獲取到類（元類）物件的地址，此時isa指標為一個共用體，存盤的資訊不局限于類（元類）物件的地址；
5.存盤資訊介紹：
其中，shiftcls結構體成員變數（33位）用來存盤類（元類）物件的地址；
二、類（元類）物件的地址取值原理——位域
1.結構體支持位域運算
//代碼
struct bs { unsigned a : 9;//如果超過位域范圍(511)，則只取范圍內的值，其他位（高位）丟棄 unsigned b : 4; unsigned c : 3;}bit, *pbit;void test1(){ bit.a = 512;//超過位域范圍報警告 bit.b = 10; bit.c = 7; NSLog(@"%d,%d,%d\n", bit.a, bit.b, bit.c); pbit=&bit; pbit-> a=0; pbit-> b&=3; pbit-> c|=1; printf("%d,%d,%d\n ",pbit-> a,pbit-> b,pbit-> c);}
//輸出
2019-10-08 18:22:37.051464+0800 SetAndGetsForMask[1966:248996] 0,10,70,2,7 Program ended with exit code: 0
//分析
1）unsigned即無符號整型，占4個位元組；結構體中成員變數所占記憶體相互獨立且連續；
2）以a為例，所占位數為9位即0b111111111（十進制511），所以a的取值范圍0～511，如果是512（二進制0b1000000000），由于只取低9位（000000000），所以取出值為0；
3）按位與&：兩個都為1運算結果為1，否則為0；按位或|：兩個都為0運算結果為0，否則為1；
2.參照isa，共用體套用結構體，一個char字符（一個位元組）存盤多個BOOL值并制定存盤位置
2.設定類屬性BOOL值（setter and getter）
//Person
#import "Person.h"//mask即掩碼，表示二進制數（0b開頭）#define TallMask (1<<0) //表示1左移0位：0b 0000 0001#define RichMask (1<<1) //表示1左移1位：0b 0000 0010#define HandsomeMask (1<<2) //表示1左移2位：0b 0000 0100//拓展：10<<3即在10對應的二進制數后添加3個0@interface Person(){ char _saveBox;}@end@implementation Person- (instancetype)init{ if (self = [super init]) { //用一個位元組來存盤三個變數：從最右往左依次為Tall、Rich、Handsome _saveBox = 0b00000101; } return self;}/*思路 0000 0101（_saveBox）|0000 0001（掩碼） --------- 0000 0001（賦值tall為1） 0000 0101&1111 1110（掩碼取反） --------- 0000 0100（賦值tall為0） 1.如果賦的值為1，則按位或； 2.如果賦的值為0，則掩碼先取反，后按位與； */- (void)setTall:(BOOL)tall{ if (tall) { _saveBox |= TallMask; } else { _saveBox &= ~TallMask; }}- (void)setRich:(BOOL)rich{ if (rich) { _saveBox |= RichMask; } else { _saveBox &= ~RichMask; }}- (void)setHandsome:(BOOL)handsome{ if (handsome) { _saveBox |= HandsomeMask; } else { _saveBox &= ~HandsomeMask; }}/*思路 0000 0101&0000 0001 --------- 0000 0001（取出tall值） 1.按位與，用掩碼取出_saveBox中特定位； 2.結果>=1，取反為0，再取反為1；同理，為0則雙取反后為0； */- (BOOL)isTall{ return !!(_saveBox & TallMask);}- (BOOL)isRich{ return !!(_saveBox & RichMask);}- (BOOL)isHandsome{ return !!(_saveBox & HandsomeMask);}@end
//Student
#import "Student.h"@interface Student(){ /*思路 1.用一個結構體來存放變數； 2.結構體支持位域：按先后順序，一個char字符一個位元組（0b0000 0000），從最右至左依次為tall、rich、handsome； */ struct { char tall : 1;//用一位來存盤 char rich : 1; char handsome : 1; }_tallRichHandsome;}@end@implementation Student- (void)setTall:(BOOL)tall{ _tallRichHandsome.tall = tall;}- (void)setRich:(BOOL)rich{ _tallRichHandsome.rich = rich;}- (void)setHandsome:(BOOL)handsome{ _tallRichHandsome.handsome = handsome;}- (BOOL)isTall{ return !!_tallRichHandsome.tall;//非0（包括負數）取反為0}- (BOOL)isRich{ return !!_tallRichHandsome.rich;}- (BOOL)isHandsome{ return !!_tallRichHandsome.handsome;}@end
//Worker
#import "Worker.h"#define TallMask (1<<0)//也可以左移6位，剩余位沒用到#define RichMask (1<<1)#define HandsomeMask (1<<2)#define ThinMask (1<<3)@interface Worker(){ //蘋果系統設計思路 union { char bits;//一個位元組存盤結構體中的所有成員變數 struct {//擺設用：位域，增加可讀性 char tall : 1;//占一位 char rich : 1; char handsome : 1; char thin : 1; }; }_tallRichHandsome;}@end@implementation Worker- (void)setTall:(BOOL)tall{ if (tall) { NSLog(@"----%c", _tallRichHandsome.bits); _tallRichHandsome.bits |= TallMask; } else { _tallRichHandsome.bits &= ~TallMask; }}- (void)setRich:(BOOL)rich{ if (rich) { _tallRichHandsome.bits |= RichMask; } else { _tallRichHandsome.bits &= ~RichMask; }}- (void)setHandsome:(BOOL)handsome{ if (handsome) { _tallRichHandsome.bits |= HandsomeMask; } else { _tallRichHandsome.bits &= ~HandsomeMask; }}- (void)setThin:(BOOL)thin{ if (thin) { _tallRichHandsome.bits |= ThinMask; } else { _tallRichHandsome.bits &= ~ThinMask; }}- (BOOL)isTall{ return !!(_tallRichHandsome.bits & TallMask);}- (BOOL)isRich{ return !!(_tallRichHandsome.bits & RichMask);}- (BOOL)isHandsome{ return !!(_tallRichHandsome.bits & HandsomeMask);}- (BOOL)isThin{ return !!(_tallRichHandsome.bits & ThinMask);}@end
//main
#import <Foundation/Foundation.h>#import "Person.h"#import "Student.h"#import "Worker.h"#import "Engineer.h"struct bs { unsigned a : 9;//如果超過位域范圍(511)，則只取范圍內的值，其他位（高位）丟棄 unsigned b : 4; unsigned c : 3;}bit, *pbit;void test1(){ bit.a = 512;//超過位域范圍報警告 bit.b = 10; bit.c = 7; NSLog(@"%d,%d,%d\n", bit.a, bit.b, bit.c); pbit=&bit; pbit-> a=0; pbit-> b&=3; pbit-> c|=1; printf("%d,%d,%d\n ",pbit-> a,pbit-> b,pbit-> c);}void test2(){ Person *per = [[Person alloc] init]; per.tall = NO; per.rich = NO; per.handsome = YES; NSLog(@"%d %d %d", per.isTall, per.isRich, per.isHandsome);}void test3(){ Student *stu = [[Student alloc] init]; stu.tall = YES; stu.rich = NO; stu.handsome = YES; NSLog(@"%d %d %d", stu.isTall, stu.isRich, stu.isHandsome);}void test4(){ Worker *worker = [[Worker alloc] init];// worker.tall = YES; worker.rich = NO; worker.handsome = NO; worker.thin = YES; NSLog(@"%d %d %d", worker.isThin, worker.isRich, worker.isHandsome);}void test5(){ Engineer *engineer = [[Engineer alloc] init];// engineer.age = 12;// engineer.level = 6;// engineer.workers = 5; //0b 1111 1111 1111 1111（十進制：65535） //0b 0010 1100 1110 1101（十進制：11501） engineer->_personalInfo.bits =11501; NSLog(@"%d %d %d", engineer.getAge, engineer.getLevel, engineer.getWorkers); //2019-10-08 16:42:09.612140+0800 SetAndGetsForMask[1488:127227] 7 16 8160 //}int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { test1();// test2();// test3();// test4();// test5(); } return 0;}
//列印
2019-10-09 10:42:04.998750+0800 SetAndGetsForMask[2513:316066] 0 0 12019-10-09 10:42:04.999093+0800 SetAndGetsForMask[2513:316066] 1 0 12019-10-09 10:42:04.999122+0800 SetAndGetsForMask[2513:316066] 1 0 0Program ended with exit code: 0
//分析（以Worker為例）
1）共用體中所有成員共同占用一塊記憶體區，其大小等于最大那個成員所占位元組數；
2）Worker中的結構體并為定義變數，編譯器不會計算其記憶體，僅是增加可讀性；
3）Worker中只有一個char型變數bits（占一個位元組），故該共用體變數_tallRichHandsome也占一個位元組；
4）結構體的位域限制變數的取值范圍（一位：即0或1），mask掩碼規定該變數存盤的位置（在哪一位上）；
3.設定類屬性非BOOL型別（setter and getter）——限定變數值范圍且指定存盤位置
//Engineer
#import <Foundation/Foundation.h>NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN//位域位置（變數值存盤位置）#define AgeMask 0b00000111//最低三位存盤#define LevelMask (1<<4)//低位往高位數，第5位存盤#define WorkersMask 0b0001111111100000@interface Engineer : NSObject{ @public union { int bits; struct {//位域范圍（變數值范圍） int age : 3; int level : 1; int workers : 8; }; }_personalInfo;}//- (void)setAge:(int)age;//- (void)setLevel:(int)level;//- (void)setWorkers:(int)workers;- (int)getAge;- (int)getLevel;- (int)getWorkers;@endNS_ASSUME_NONNULL_END#import "Engineer.h"@implementation Engineer//- (void)setAge:(int)age//{// self->_personalInfo.bits |= AgeMask;//}////- (void)setLevel:(int)level//{// self->_personalInfo.bits |= LevelMask;//}////- (void)setWorkers:(int)workers//{// self->_personalInfo.bits |= WorkersMask;//}- (int)getAge{ return self->_personalInfo.bits & AgeMask;}- (int)getLevel{ return self->_personalInfo.bits & LevelMask;}- (int)getWorkers{ return self->_personalInfo.bits & WorkersMask;}@end
//列印
2019-10-09 11:08:14.617655+0800 SetAndGetsForMask[2630:349068] 5 0 3296Program ended with exit code: 0
//說明
1）掩碼mask既可以直接用二進制（0b開頭）或十六進制（0x開頭）表示，也可以左移符號<<表示（一般用于位域為1的情況）；
2）掩碼表示所占位數：1表示占住該位，0未占；并且所占位數應當是連續的，不存在兩側為1，中間為0的情況；
三、按位或（疊加）
typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, UIViewAutoresizing) { UIViewAutoresizingNone = 0, UIViewAutoresizingFlexibleLeftMargin = 1 << 0, UIViewAutoresizingFlexibleWidth = 1 << 1, UIViewAutoresizingFlexibleRightMargin = 1 << 2, UIViewAutoresizingFlexibleTopMargin = 1 << 3, UIViewAutoresizingFlexibleHeight = 1 << 4, UIViewAutoresizingFlexibleBottomMargin = 1 << 5};self.view.autoresizingMask = UIViewAutoresizingFlexibleWidth | UIViewAutoresizingFlexibleRightMargin;
1.分析：在iOS中，對view的自動布局經常會用到上述代碼，蘋果的做法是定義個列舉且每種型別都只占不同的一個二進制位，按位或相當于設定的場景都要考慮到；
2.如下代碼：
typedef enum{ YBOptionTypeNone = 0, //0b0000 YBOptionTypeOne = 1<<0, //0b0001 YBOptionTypeTwo = 1<<1, //0b0010 YBOptionTypeThree = 1<<2, //0b0100 YBOptionTypeFour = 1<<3 //0b1000}YBOptionType;void test6(YBOptionType option){ /*按位或疊加（包含多種情況），按位與取出（獲得特定情況） 0b0001 0b0100 | 0b1000 ---------- 0b1101 & 0b0100 ---------- 0b0100 */ if (option & YBOptionTypeOne) { NSLog(@"contain YBOptionTypeOne"); } if (option & YBOptionTypeTwo) { NSLog(@"contain YBOptionTypeTwo"); } if (option & YBOptionTypeThree) { NSLog(@"contain YBOptionTypeThree"); } if (option & YBOptionTypeFour) { NSLog(@"contain YBOptionTypeFour"); }}int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { // test1();// test2();// test3();// test4();// test5(); test6(YBOptionTypeOne | YBOptionTypeThree | YBOptionTypeFour); } return 0;}
//列印
2019-10-22 21:55:17.154998+0800 SetAndGetsForMask[996:46994] contain YBOptionTypeOne2019-10-22 21:55:17.155318+0800 SetAndGetsForMask[996:46994] contain YBOptionTypeThree2019-10-22 21:55:17.155332+0800 SetAndGetsForMask[996:46994] contain YBOptionTypeFourProgram ended with exit code: 0
四、結論
1.arm64之后，isa是一個共用體型別的指標，存盤內部套用的結構體中的所有成員變數；
2.根據結構體的位域來限制成員變數的值范圍，用掩碼來規定成員變數存盤的位置，對掩碼按位與運算取出特定位置的成員變數的值；
如：用bits對ISA_MASK按位與運算后，得到的是類（元類）物件的地址；
可以看到shiftcls成員變數位域為33位，所占bits變數的存盤位置為：地位到高位第四位起，最低三位是空出來的
————因此，在arm64架構中，所有的類和元類物件地址二進制表示時最低三位都為0，十六進制表示時最低一位為0或8（這個用class和object_getClass去列印地址，此處不再展示了）！
3.按位與作用為在集合中取出某個特定值，按位或則將若干個特定值集合到一個值中（即所有設定場景都要考慮到）；
拓展：
//代碼
//計算器演示
//分析
1.模擬器為x86_64架構，64位指標占八個位元組；在結構體中，自上而下的變數在isa中的存盤位置為從低位到高位即計算器中下到上、左到右——這點應該沒問題；
2.per實體物件曾經被弱指標指向過（現在釋放了），且曾經關聯過物件（現在置空），而對應的位為1即表示確實曾經被弱指標指向過（如果沒有則會為0），曾經關聯過物件；所以
has_assoc和weakly_referenced分別表示物件曾經被弱指標指向過和曾經關聯過物件——其他變數分析以此類推；
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