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iOS - Runtime-isa详解（位域、union（共用体）、位运算）
前言
本章主要了解Runtime相关内容，苹果对isa做了哪些优化，位域、union（共用体）又是如何运用的
- 要想学习Runtime，首先要了解它底层的一些常用数据结构，比如isa指针
- 在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着
Class、Meta-Class对象的内存地址 - 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个
共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息
1. 位域介绍
利用好位域的话，可以使程序运行高效、节省内存，操作系统级别的东西很多都会使用
在IM系统的开发中，就使用了
位域来对数据进行优化，后续有时间再抽出案例聊聊。
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1.1 思路
假如ZSXPerson类需要3个BOOL类型的属性，这时候我们通常会直接使用@property声明3个属性，这时候系统会给我们生成 3个_开头的成员变量，3对get、set方法，所占据的内存也比较多
思路：BOOL 类型属性值要么 YES 要么 NO，使用字节中的一个位（0或者1）其实就能表示一个 BOOL 类型的属性值，一个字节就可以表示8个 BOOL 值
1.2 示例 - 结构体
ZSXPerson.h
@interface ZSXPerson : NSObject
- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (BOOL)isTall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (BOOL)isRich;
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome;
- (BOOL)isHandsome;
@end
ZSXPerson.m
@interface ZSXPerson() {
struct {
char tall: 1;
char rich: 1;
char handsome: 1;
} _tallRichHandsome;
}
@end
@implementation ZSXPerson
- (void)setTall:(BOOL)tall {
_tallRichHandsome.tall = tall;
}
- (BOOL)isTall {
return !!_tallRichHandsome.tall;
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
_tallRichHandsome.rich = rich;
}
- (BOOL)isRich {
return !!_tallRichHandsome.rich;
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
_tallRichHandsome.handsome = handsome;
}
- (BOOL)isHandsome {
return !!_tallRichHandsome.handsome;
}
@end
main.m
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
ZSXPerson *person = [[ZSXPerson alloc] init];
person.tall = NO;
person.rich = YES;
person.handsome = YES;
NSLog(@"tall:%d rich:%d handsome:%d", person.isTall, person.isRich, person.isHandsome);
}
return 0;
}
运行结果：
1.3 示例 - union（共用体）
ZSXPerson.h
@interface ZSXPerson : NSObject
- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (BOOL)isTall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (BOOL)isRich;
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome;
- (BOOL)isHandsome;
@end
ZSXPerson.h.m
#import "ZSXPerson.h"
#define ZSXTallMask (1)
#define ZSXRichMask (1 << 1)
#define ZSXHandsomeMask (1 << 2)
@interface ZSXPerson() {
union {
char bits;
struct {
char tall: 1;
char rich: 1;
char handsome: 1;
};
}_tallRichHandsome;
}
@end
@implementation ZSXPerson
- (void)setTall:(BOOL)tall {
if (tall) {
_tallRichHandsome.bits |= ZSXTallMask;
}
else {
_tallRichHandsome.bits &= ~ZSXTallMask;
}
}
- (BOOL)isTall {
return !!(_tallRichHandsome.bits & ZSXTallMask);
}
- (void)setRich:(BOOL)rich {
if (rich) {
_tallRichHandsome.bits |= ZSXRichMask;
}
else {
_tallRichHandsome.bits &= ~ZSXRichMask;
}
}
- (BOOL)isRich {
return !!(_tallRichHandsome.bits & ZSXRichMask);
}
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
if (handsome) {
_tallRichHandsome.bits |= ZSXHandsomeMask;
}
else {
_tallRichHandsome.bits &= ~ZSXHandsomeMask;
}
}
- (BOOL)isHandsome {
return !!(_tallRichHandsome.bits & ZSXHandsomeMask);
}
@end
main.m
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
ZSXPerson *person = [[ZSXPerson alloc] init];
person.tall = NO;
person.rich = YES;
person.handsome = YES;
NSLog(@"tall:%d rich:%d handsome:%d", person.isTall, person.isRich, person.isHandsome);
}
return 0;
}
运行结果：
1.3.1 说明
1.4 结构体 对比 union（共用体）
结构体的成员是各自占用各自所需大小共同体的内存大小取决于其中最大的成员的大小，所有成员共用这块内存
- 使用
共用体实际上还是通过位运算来控制每个属性所占位置 - 其中的
sturct目的是增加可读性，实际上不会影响属性所占位置
2. arm64架构对isa的优化
arm64架构对isa中，使用一个64位的共用体来存储更多的信息，通过位域的概念来表示各个存储的信息的存储位置。其中有33位拿来存储Class、Meta-Class的地址值
2.1 位域内容
nonpointer
- 0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
- 1，代表优化过，使用位域存储更多的信息
has_assoc
- 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
has_cxx_dtor
- 是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
shiftcls
- 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
- 是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
deallocating
- 对象是否正在释放
extra_rc
- 里面存储的值是引用计数器减1
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的类的属性中
2.2 Class、Meta-Class对象存储位置
Class、Meta-Class对象存储在shiftcls，从上图可知shiftcls是从第4位开始，连续33位
isa的掩码：define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
将掩码转为二进制查看
它表示的就是从第4位开始，连续33位，通过这个掩码，就可以将Class、Meta-Class的地址值取出来
Class、Meta-Class的地址值后三位永远是 0。因为他的掩码左右边3位是 0，&运算后一定是 0
3. 拓展
3.1 枚举值设计
在iOS中，系统的一些API可以使用|传入多个枚举值，比如：
self.view.autoresizingMask = UIViewAutoresizingFlexibleLeftMargin | UIViewAutoresizingFlexibleWidth | UIViewAutoresizingFlexibleRightMargin;
原理就是使用位域设计枚举值，然后通过位运算来取值
3.1.1 案例
我们也自己来设计一个这样的枚举
定义枚举：
typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, ZSXOptions) {
ZSXOptions1 = 1 << 0, // 0b00000001
ZSXOptions2 = 1 << 1, // 0b00000010
ZSXOptions3 = 1 << 2, // 0b00000100
ZSXOptions4 = 1 << 3, // 0b00001000
ZSXOptions5 = 1 << 4, // 0b00010000
};
设置值方法：
- (void)setOptions:(ZSXOptions)options {
if (options & ZSXOptions1) {
NSLog(@"包含了ZSXOptions1");
}
if (options & ZSXOptions2) {
NSLog(@"包含了ZSXOptions2");
}
if (options & ZSXOptions3) {
NSLog(@"包含了ZSXOptions3");
}
if (options & ZSXOptions4) {
NSLog(@"包含了ZSXOptions4");
}
if (options & ZSXOptions5) {
NSLog(@"包含了ZSXOptions5");
}
}
使用：
[self setOptions:ZSXOptions1 | ZSXOptions3 | ZSXOptions5];
打印如下：
此时我们已经实现了一个可以传入多个枚举值的接口
3.1.2 原理分析
/**
0b00000001
0b00000100
0b00010000
----------------- | 运算（设置值）
0b00010101
0b00000001
----------------- & 运算（取值）
0b00000001 为 true
*/
标签：person,union,iOS,ZSXPerson,BOOL,位域,isa,Class From： https://blog.csdn.net/sharp521/article/details/137010961@oubijiexi