前言

在 iOS/macOS 的內存管理中，Side Table（邊表） 是蘋果為優化對象元數據存儲而設計的 輔助數據結構。它與對象的 isa 指針緊密關聯，用于存儲對象的額外信息（如引用計數、弱引用指針、關聯對象等），解決了傳統對象內存布局無法高效擴展的問題。它的設計與使用是OC運行時實現弱引用的基礎，使得ARC能夠正確地處理弱引用的生命周期。

1??Side Table 的核心作用：擴展對象元數據存儲

1.1 傳統對象的內存限制

OC 對象的內存布局以 isa 指針為核心（指向類對象），但僅靠 isa 無法存儲所有元數據：

• 普通對象的 isa 指針僅指向類對象，無法直接存儲引用計數、弱引用等動態信息。
• 若為每個對象單獨分配元數據內存，會導致內存碎片和性能下降。

1.2 Side Table 的定位：集中式元數據倉庫

Side Table 是 全局共享的哈希表（或數組），為需要額外元數據的對象提供統一的存儲空間。它的核心作用是：

• 存儲對象的擴展元數據（如引用計數、弱引用指針、關聯對象鍵值對）。
• 減少內存碎片：多個對象共享同一 Side Table 的存儲空間，避免為每個對象單獨分配內存。

2??Side Table 的底層結構與關聯

2.1 Side Table 與 isa 指針的關系

OC 對象的 isa 指針（Class 類型）在 64 位系統中被擴展為 uintptr_t 類型（無符號長整型），通過 位域（Bit Field） 存儲額外信息：

• 低 48 位：指向類對象或 Side Table 的地址（具體取決于對象類型）。
• 高 16 位：存儲標記位（如是否為 weak 對象、是否需要 Side Table 等）。

/*_arm64（對應ios移動端）*/ 
#     define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
#     define ISA_MAGIC_MASK  0x000003f000000001ULL
#     define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
#     define ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT 1
#     define ISA_BITFIELD                                                     \uintptr_t nonpointer        : 1; /*是否使用非指針格式*/                                      \uintptr_t has_assoc         : 1; /*是否有關聯對象*/                                      \uintptr_t has_cxx_dtor      : 1; /*是否有C++析構函數*/                                      \uintptr_t shiftcls          : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ /*存儲類指針的核心字段（加密后）*/ \uintptr_t magic             : 6; /*??驗證指針合法性?? 調試器將提取的 magic_value 與預定義的合法值（ISA_MAGIC_VALUE）比較*/                                      \uintptr_t weakly_referenced : 1;  /*是否為弱飲用*/                                     \uintptr_t unused            : 1;  /*保留位（數據結構或協議中預留的未使用位）*/                                     \uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;  /*是否使用弱引用表*/                                     \uintptr_t extra_rc          : 19  /*內聯引用計數（最大2^19-1）*/# elif __x86_64__ //__x86_64__（對應macos）（與上面一樣）
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
#   define ISA_MAGIC_MASK  0x001f800000000001ULL
#   define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
#   define ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT 1
#   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 unused            : 1;                                         \uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;                                         \uintptr_t extra_rc          : 8  /*（最大為2^8-1）*/

在上述isa的結構體代碼中，extra_rc和 has_sidetable_rc，這兩者共同記錄引用計數器。

關鍵邏輯：
當對象需要存儲額外元數據時（如弱引用），isa 指針的高位會被標記為“需要 Side Table”，并通過低 48 位指向對應的 Side Table 條目。

2.2 Side Table 的存儲結構

Side Table 的底層實現是一個 全局的哈希表（或數組），每個條目對應一個對象的內存地址，存儲其擴展元數據。不同平臺（iOS/macOS）的實現略有差異，但核心結構相似：

字段	描述
refcount	引用計數（用于 ARC 管理）。
weak_refs	弱引用指針數組（存儲指向該對象的弱引用變量地址）。
associated_objects	關聯對象鍵值對（存儲通過 objc_setAssociatedObject 設置的關聯數據）。
flags	標記位（如是否被標記為待釋放、是否為類對象等）。

在obj4-906中，sideTable部分的結構如下：

struct SideTable {spinlock_t slock;  //自旋鎖RefcountMap refcnts;  //引用計數映射表weak_table_t weak_table;  //弱引用表SideTable() {memset(&weak_table, 0, sizeof(weak_table));} //SideTable（）：構造函數，使用memeset將weak_table初始化為0，確保弱引用表的初始狀態安全。~SideTable() {_objc_fatal("Do not delete SideTable.");} //~SideTable()：析構函數，調用 _objc_fatal("Do not delete SideTable.")防止手動釋放。SideTable的生命周期由 Objective-C 運行時管理（如對象銷毀時自動釋放），禁止用戶主動刪除。void lock() { slock.lock(); }void unlock() { slock.unlock(); }//直接操作自旋鎖 slock，用于保護對 refcnts和 weak_table的修改。void reset() { slock.reset(); }  //重置自旋鎖狀態（具體實現依賴 spinlock_t的底層邏輯，通常用于釋放鎖或重置為未鎖定狀態）。// Address-ordered lock discipline for a pair of side tables.template<HaveOld, HaveNew>static void lockTwo(SideTable *lock1, SideTable *lock2);template<HaveOld, HaveNew>static void unlockTwo(SideTable *lock1, SideTable *lock2);
};

slock是一個自旋鎖：保證對 SideTable中數據（如引用計數、弱引用表）的線程安全訪問。自旋鎖適用于臨界區較小的場景（引用計數修改通常很快），避免線程阻塞開銷。

refcnts是引用計數映射表：存儲當前對象的引用計數值。RefcountMap本質是一個輕量級的哈希表或鍵值對結構，鍵為對象的內存地址（或唯一標識），值為對應的引用計數值。

weak_table是弱引用表：存儲所有指向當前對象的弱引用指針（__weak修飾的指針）。弱引用表的核心功能是：當對象被釋放時，自動將所有弱引用置為 nil，避免野指針。

weak_table_t源碼結構如下：

/*** The global weak references table. Stores object ids as keys,* and weak_entry_t structs as their values.*/
struct weak_table_t {weak_entry_t *weak_entries;  //弱引用條目數組：指向 weak_entry_t結構體的指針數組。每個 weak_entry_t對應一個指向當前對象的 __weak指針，存儲弱引用的具體信息（如指針地址、對象狀態等）size_t    num_entries;  //弱引用條目數量：記錄當前 weak_table_t中有效弱引用條目的數量（即 weak_entries數組中實際使用的元素個數）uintptr_t mask;  //哈希掩碼：用于計算弱引用的哈希索引，優化哈希表的存儲和查找效率//弱引用的哈希值通常通過 hash ^ mask計算（hash是弱引用指針的哈希值），結果對齊到 weak_entries數組的大小。mask的值通常為數組大小減一（如數組大小為 2^n，則 mask = (1 << n) - 1），確保索引在數組范圍內uintptr_t max_hash_displacement;  //最大哈希位移
};

關于weak_entry_t,，其源碼在obj4_906中是這樣的：

#define WEAK_INLINE_COUNT 4
#define REFERRERS_OUT_OF_LINE 2
struct weak_entry_t {DisguisedPtr<objc_object> referent;union {struct {weak_referrer_t *referrers;  // 外聯弱引用指針數組（動態分配）uintptr_t        out_of_line_ness : 2;  // 標記為外聯存儲（固定為 1）uintptr_t        num_refs : PTR_MINUS_2;  // 弱引用數量（減去 2 位用于其他標記）uintptr_t        mask;  // 哈希掩碼（用于快速查找）uintptr_t        max_hash_displacement;  // 最大哈希位移（解決哈希沖突）};struct {// out_of_line_ness field is low bits of inline_referrers[1]weak_referrer_t  inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];};bool out_of_line() {return (out_of_line_ness == REFERRERS_OUT_OF_LINE);}weak_entry_t& operator=(const weak_entry_t& other) {memcpy(this, &other, sizeof(other));return *this;}weak_entry_t(objc_object *newReferent, objc_object **newReferrer): referent(newReferent){inline_referrers[0] = newReferrer;for (int i = 1; i < WEAK_INLINE_COUNT; i++) {inline_referrers[i] = nil;}}
};

2.3 SideTable 的工作流程

由上述源碼，我們可以略微推斷出sideTable的工作流程：

1. 對象創建：當對象大小超過小對象閾值時，運行時為其分配 SideTable，并將引用計數初始化為 1（retainCount）。
2. 引用計數修改：調用 retain/release時，運行時通過對象的 isa指針找到對應的 SideTable，加鎖后修改 refcnts中的計數值。
3. 弱引用注冊：當對象被 __weak指針指向時，運行時將其弱引用指針注冊到 SideTable的 weak_table中。
4. 對象釋放：當引用計數減至 0 時，運行時觸發 dealloc，遍歷 weak_table將所有弱引用置為 nil，然后釋放 SideTable關聯的資源（如 refcnts和 weak_table內存）。

3??SideTable 的典型應用場景

3.1 弱引用（__weak）的實現

__weak 修飾的變量不會增加對象的引用計數，但需在對象釋放時自動置空。Side Table 是其核心實現載體：

流程：

1. 當對象被 __weak 變量引用時，系統會在 Side Table 中為該對象創建條目。
2. __weak 變量的值存儲為 Side Table 條目的索引（而非直接存儲對象地址）。
3. 對象釋放時，通過 Side Table 找到所有指向它的 __weak 變量，并將其置空。

3.2 關聯對象（Associated Objects）

通過 objc_setAssociatedObject 和 objc_getAssociatedObject 設置的關聯對象，其數據實際存儲在 Side Table 中：

示例：

// 為 NSObject 實例添加關聯對象（鍵為 "com.example.name"）
NSString *name = @"張三";
objc_setAssociatedObject(obj, (__bridge const void *)(@"com.example.name"), name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);// 從 Side Table 中讀取關聯對象
NSString *storedName = objc_getAssociatedObject(obj, (__bridge const void *)(@"com.example.name"));

底層邏輯：
關聯對象的鍵（如 @"com.example.name"）和值會被存儲在 Side Table 的 associated_objects 字段中，鍵通過哈希映射快速查找。

3.3 KVO（鍵值觀察）的實現

KVO 的核心是 動態生成子類 并重寫 setter 方法，但觀察者列表（observers）的存儲依賴 Side Table：

流程：

1. 當對對象屬性添加 KVO 觀察時，系統會生成一個該對象的子類（如 NSKVONotifying_Obj）。
2. 子類的 isa 指針指向 Side Table 中的觀察者列表條目。
3. 屬性值變化時，通過 Side Table 找到所有觀察者并觸發通知。

3.4 引用計數的優化存儲

ARC 下，對象的引用計數（retainCount）不再直接存儲在對象內存中，而是通過 Side Table 的 refcount 字段統一管理：

• 引用計數增加（retain）時，更新 Side Table 中的 refcount。
• 引用計數減少（release）時，檢查 refcount 是否為 0，若為 0 則觸發對象釋放。

4??SideTable特點

• 內存布局：緊湊高效

SideTable 的條目（Entry）在內存中是 連續存儲 的，通過哈希表快速查找。每個條目的大小根據存儲內容動態調整（如僅存儲弱引用時，條目較小；存儲關聯對象時，條目較大）。

• 線程安全：鎖保護

Side Table 的讀寫需保證線程安全，蘋果通過 自旋鎖（Spin Lock） 或 信號量（Semaphore） 實現：修改 Side Table（如添加/刪除條目）時加鎖；讀取 Side Table（如獲取弱引用列表）時加鎖或使用無鎖讀取（CAS 操作）。

• 版本演進：從 __objc_sideTable 到 objc_sideTable

早期 iOS 版本（如 iOS 9 前）使用 __objc_sideTable 結構體，存儲方式為數組；iOS 10 后優化為哈希表（objc_sideTable），提升了查找效率。

總結

Side Table 是 iOS 內存管理的“元數據中心”，通過集中存儲對象的擴展信息（引用計數、弱引用、關聯對象等），解決了傳統對象內存布局的局限性。它的存在讓 OC 能夠高效支持 ARC、弱引用、KVO 等高級特性，是蘋果內存管理優化的關鍵技術之一。