一、isa指针结构
我要评论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.我们知道，实例对象的isa指针指向该对象所属类的类对象；类对象的isa指向其元类对象；
2.真机为arm64架构，模拟器和mac电脑为x86架架构，以下以arm64为例讲解；
3.在64位系统下，指针所占字节为8个即64位；
4.在arm64之前，isa就是一个普通的指针，存放着类（元类）对象的地址；之后，则需要&
isa_mask掩码，才能获取到类（元类）对象的地址，此时isa指针为一个共用体，存储的信息不局限于类（元类）对象的地址；
5.存储信息介绍：
其中，shiftcls结构体成员变量（33位）用来存储类（元类）对象的地址；
二、类（元类）对象的地址取值原理——位域
1.结构体支持位域运算
//代码
struct bs {
unsigned a : 9;//如果超过位域范围(511)，则只取范围内的值，其他位（高位）丢弃
unsigned b : 4;
unsigned c : 3;
}bit, *pbit;
void test1()
{
bit.a = 512;//超过位域范围报警告
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);
}
//输出
2019-10-08 18:22:37.051464+0800 setandgetsformask[1966:248996] 0,10,7 0,2,7 program ended with exit code: 0
//分析
1）unsigned即无符号整型，占4个字节；结构体中成员变量所占内存相互独立且连续；
2）以a为例，所占位数为9位即0b111111111（十进制511），所以a的取值范围0～511，如果是512（二进制0b1000000000），由于只取低9位（000000000），所以取出值为0；
3）按位与&：两个都为1运算结果为1，否则为0；按位或|：两个都为0运算结果为0，否则为1；
2.参照isa，共用体套用结构体，一个char字符（一个字节）存储多个bool值并制定存储位置
2.设置类属性bool值（setter and getter）
//person
#import "person.h"
//mask即掩码，表示二进制数（0b开头）
#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对应的二进制数后添加3个0
@interface person()
{
char _savebox;
}
@end
@implementation person
- (instancetype)init
{
if (self = [super init]) {
//用一个字节来存储三个变量：从最右往左依次为tall、rich、handsome
_savebox = 0b00000101;
}
return self;
}
/*思路
0000 0101（_savebox）
|0000 0001（掩码）
---------
0000 0001（赋值tall为1）
0000 0101
&1111 1110（掩码取反）
---------
0000 0100（赋值tall为0）
1.如果赋的值为1，则按位或；
2.如果赋的值为0，则掩码先取反，后按位与；
*/
- (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.按位与，用掩码取出_savebox中特定位；
2.结果>=1，取反为0，再取反为1；同理，为0则双取反后为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.用一个结构体来存放变量；
2.结构体支持位域：按先后顺序，一个char字符一个字节（0b0000 0000），从最右至左依次为tall、rich、handsome；
*/
struct {
char tall : 1;//用一位来存储
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（包括负数）取反为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，剩余位没用到
#define richmask (1<<1)
#define handsomemask (1<<2)
#define thinmask (1<<3)
@interface worker()
{
//苹果系统设计思路
union {
char bits;//一个字节存储结构体中的所有成员变量
struct {//摆设用：位域，增加可读性
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;//如果超过位域范围(511)，则只取范围内的值，其他位（高位）丢弃
unsigned b : 4;
unsigned c : 3;
}bit, *pbit;
void test1()
{
bit.a = 512;//超过位域范围报警告
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（十进制：65535）
//0b 0010 1100 1110 1101（十进制：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;
}
//打印
2019-10-09 10:42:04.998750+0800 setandgetsformask[2513:316066] 0 0 1 2019-10-09 10:42:04.999093+0800 setandgetsformask[2513:316066] 1 0 1 2019-10-09 10:42:04.999122+0800 setandgetsformask[2513:316066] 1 0 0 program ended with exit code: 0
//分析（以worker为例）
1）共用体中所有成员共同占用一块内存区，其大小等于最大那个成员所占字节数；
2）worker中的结构体并为定义变量，编译器不会计算其内存，仅是增加可读性；
3）worker中只有一个char型变量bits（占一个字节），故该共用体变量_tallrichhandsome也占一个字节；
4）结构体的位域限制变量的取值范围（一位：即0或1），mask掩码规定该变量存储的位置（在哪一位上）；
3.设置类属性非bool类型（setter and getter）——限定变量值范围且指定存储位置
//engineer
#import <foundation/foundation.h>
ns_assume_nonnull_begin
//位域位置（变量值存储位置）
#define agemask 0b00000111//最低三位存储
#define levelmask (1<<4)//低位往高位数，第5位存储
#define workersmask 0b0001111111100000
@interface engineer : nsobject
{
@public
union {
int bits;
struct {//位域范围（变量值范围）
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;
@end
ns_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
//打印
2019-10-09 11:08:14.617655+0800 setandgetsformask[2630:349068] 5 0 3296 program ended with exit code: 0
//说明
1）掩码mask既可以直接用二进制（0b开头）或十六进制（0x开头）表示，也可以左移符号<<表示（一般用于位域为1的情况）；
2）掩码表示所占位数：1表示占住该位，0未占；并且所占位数应当是连续的，不存在两侧为1，中间为0的情况；
三、结论
1.arm64之后，isa是一个共用体类型的指针，存储内部套用的结构体中的所有成员变量；
2.根据结构体的位域来限制成员变量的值范围，用掩码来规定成员变量存储的位置，对掩码按位与运算取出特定位置的成员变量的值；
如：用bits对isa_mask按位与运算后，得到的是类（元类）对象的地址；
可以看到shiftcls成员变量位域为33位，所占bits变量的存储位置为：地位到高位第四位起，最低三位是空出来的
————因此，在arm64架构中，所有的类和元类对象地址二进制表示时最低三位都为0，十六进制表示时最低一位为0或8（这个用class和object_getclass去打印地址，此处不再展示了）！
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灰色预测模型GM（1，1）的发展系数a=0或无限接近于0的时候预测的误差以及解决办法
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