runtime（二）isa指针

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一、基础

在开始探讨isa指针之前，我们要准备一些基础知识，包括位域、联合体以及内存分配的相关知识。

1.1 位域

位域表示的是，在一个结构体中，用位来存储数据。

关于位域的内存分配，有几个值得注意的点：

位域的最小内存不能小于位域中最大的修饰符，上面实例都是short，即最小不能小于short的大小；

位域的最小内存不能小于所有位域字段加起来的大小，并且根据内存对齐，可能会分配多余。假设所有位域字段加起来为18位，那么就会分配32位，即4字节。

位域中如果有无名位域，那么无名位域会强制下一位域对齐到其下一type位域的边界。

1.2 联合体

运行结果：

关于位域和位操作，这里有一个Demo，原出于MJ。

二、isa

isa 在arm64架构前，是一个指针，指向类对象或元类对象。

但是在arm64之后，是个联合体，里面包含了更丰富的实例对象的信息，存储着更多运行期使用的信息。

需要提醒的是，本系列中讨论的isa，都只针对iOS，且只针对64位。

2.1 `isa`

我们先回顾一下，在 Objective-C（八）对象的本质及分类（待上传），对isa指针的探索：

通过isa如何得到类地址：

现在，我们从objc的源码里，需要重新认识isa是什么了！

2.2 `isa`里其他字段

通过上面我们看到联合体还包含了其他有用的字段，简单罗列如下：

看这些字段，我们验证了如下代码，代码放在这里：

其中一次验证的结果：

三、一个晦涩的实例

现在我们对isa已经了解的七七八八了，可以来看一个有趣的例子，源自sunny的一道面试题。

我作了细微改动，代码如下，

看到上面，有两个疑问？

这代码能不能跑起来？

跑起来，最终结果又是什么呢？

答案是，可以跑起来，输出如下：

my name is <ViewController: 0x7fc1c6e15df0>

那么疑问就来了，这name怎么来的。

要解释这个问题，我们还是要了解OC/C的内存布局以及函数调用栈帧：

看第一个问题：能不能跑起来？

3.1 能不能运行？

先看看平时是如何调用方法的：

再看看，这个面试题中又是如何调用的：

现在，我们将两中调用的方式作了如下的对比：

从上图可以看到：

两者在内存中的方式极其类似。我们再还原一下，一个实例对象是如何调用实例方法的过程：

根据实例对象，找到其isa指针；

根据isa找到类对象，类对象存储了实例方法，找到方法列表，找出实例方法；

调用实例方法；

不管是[obj print]还是[person print]，我们目的是找到类对象，此处，person是指向实例对象的指针，当然能找到。

那么！

obj能找到吗？

可以的，obj指向了cls，而cls直接指向了类对象，那么通过cls，这个相当于isa指针的指针，obj是能找到类对象的。

那么，既然能找到类对象，调用其实例方法也就顺理成章。

我们的目标就是：找到cls后第一个指针变量。

3.2 运行结果的探讨

下面是我们最终的输出函数，要输出实例对象的name：

根据上面的探讨，我们知道cls和实例对象person中的isa非常类似，在本质上，其实就是isa指针的变体。

最终person是找到其name属性就是直接在isa指针后的第一个成员变量值，而且必须是指针变量，因为我们知道name是一个指针变量。

那么，我们只要找到cls后面第一个指针变量即可。

现在，重新回到函数：

viewDidLoad是一个函数，根据函数栈帧，局部变量分布在栈空间。

现在，将以上代码转为C++代码。

焦点放在第一行，在OC中，调用super方法，均会将super转换为一个结构体，这个在后面会讲到：

其他几行，我们非常熟悉。

现在来看一下该函数内部的局部变量有哪些：

objc_super临时变量

cls

obj

它们内存空间分布如下：

现在我们找到了cls的第一个指针变量self，这也就是结果，在开始给出的输出：

my name is <ViewController: 0x7fc1c6e15df0>

我们还可以验证一下：

看是不是cls后的第一个变量就行：

上面的就会直接输出test的值。

另外，我们再验证下，假如不是指针变量是不是可以。

最终结果如下：

参考

链接

objc4源码

示例代码

位操作

isa指针

isa有趣的实例