前言
从一个对象的alloc开始，让我们入OC底层实现，去探索学习OC源码。
LWPerson * obj = [LWPerson alloc];
LWPerson * obj1 = [obj init];
LWPerson * obj2 = [obj init];
LWPerson * newObj = [LWPerson alloc];
NSLog(@"%@---%p--%p",obj,obj,&obj);
NSLog(@"%@---%p--%p",obj1,obj1,&obj1);
NSLog(@"%@---%p--%p",obj2,obj2,&obj2);
NSLog(@"%@---%p--%p",newObj,newObj,&newObj);
---0x281404710--0x16b5cdbe0
---0x281404710--0x16b5cdbd8
---0x281404740--0x16b5cdbd0
截屏2021-07-05 下午10.02.42.png
初步总结
- alloc具有开辟一块内存的功能，而init 没有开辟内存的功能
- ps:栈区 开辟的内存是高地址到低地址，堆区则是低地址到高地址(这里会延伸出一个奇怪的问题)
三种探索底层的方法
- 符号断点
- 汇编 Xcode -> Debug -> Debug Workflow -> Always Show Disassembly
- 断点 step into
源码
alloc
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
_objc_rootAlloc
id _objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
callAlloc
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
#if __OBJC2__ //判断是不是 objc2.0版本
//slowpath(x):x很可能为假，为真的概率很小
//fastpath(x):x很可能为真
//其实将fastpath和slowpath去掉是完全不影响任何功能,写上是告诉编译器对代码进行优化
if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
//判断该类是否实现自自定义的 +allocWithZone，没有则进入if条件句
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);
}
#endif
// No shortcuts available.
if (allocWithZone) {
return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);
}
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));
}
_objc_rootAllocWithZone
id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone __unused)
{
// allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
}
zone参数被丢弃，开发者即使自定义allocWithZone方法也无法指定想使用的zone，对象所在zone实际上由libmalloc库分配。
对象创建核心函数_class_createInstanceFromZone
截屏2021-07-05 下午10.19.56.png
- cls->instanceSize: 对象所需内存大小
- (id)calloc(1,size): 开辟内存，返回地址指针
- obj->initInstanceIsa: 初始化isa指针，和类关联起来
- 返回obj（如果有cxxCtor，会调用初始化）
debug
NSObject *n = [NSObject alloc];
LGPerson *p0 = [LGPerson alloc];
LGPerson *p1 = [LGPerson alloc];
NSLog(@"测试一下");
在creatInstance函数处打了断点，分别打印三次alloc的堆栈
NSObject的alloc
截屏2021-07-05 下午10.44.34.png
流程：objc_alloc->callAloc->_objc_rootAllocWithZone->createInstance
LGPerson第一次alloc
截屏2021-07-05 下午10.47.45.png
流程：objc_alloc-> callAloc-> [NSObject alloc]-> _objc_rootAlloc->
callAlloc-> _objc_rootAllocWithZone->createInstance
LGPerson第二次alloc
截屏2021-07-05 下午10.48.41.png
流程：objc_alloc-> callAlloc-> _objc_rootAllocWithZone-> createInstance
几个疑问
从函数栈看，[ SomeClass alloc]方法调用，都被转化为objc_alloc函数调用，发生了什么，谁做的？
image.png
通过查看LLVM源码，我们发现是编译器把alloc消息发送，转化了objc_init函数调用。至于为什么？
我的理解是这里可以看做是编译器把alloc方法给hook了，在创建自定义类模板的第一个实例对象的时候，objc_alloc会再次发送alloc消息，调用alloc方法。其他时候objc_alloc函数调用会直接走到createInstane函数。对比第一次alloc，这显然减少后续对象开辟内存空间时的函数调用。
// Calls [cls alloc].
id
objc_alloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}
为什么自定义类的第一次alloc和第二次alloc的函数调用堆栈不同呢？
- debug调试看到hasCustomAWZ()返回值不同。我们第一次alloc多走了一段发送alloc消息的流程，在这个过程中我们的自定义类被实现，被初始化，setInitialized()函数中，cache的_flag成员关于是有CustomAWZ的标记位被重新赋值。
- 除第一次外，后面alloc流程，自定义类如果没有CustomAWZ，就会直接走_objc_rootAllocWithZone，不会再经过消息发送，如果有就会发送allocWithZone:消息。
- 这也侧面说明，为什么llvm会把alloc消息发送转换成objc_alloc,它既保证了我们类在第一次接收消息时被初始化，也避免了频繁的alloc消息发送，直接进去了对象空间开辟流程。
- 看到这里是不是很期待我们消息发送流程，以及它是如何触发自定义类的初始化。
为什么NSObject的第一次alloc跟自定义类的不同，没有走alloc方法调用呢？
这里不多说了，上图
截屏2021-07-06 下午4.02.52.png
- 很显然NSObject作为基类，在main函数之前，程序加载过程中，libobjc就被触发了NSObject的initialize方法。这也是我们在main函数执行[NSObject alloc]直接进入_objc_rootAllocWithZone的原因。
- 这里需要注意的一点是，NSObjcet类是有自定义awz的,看下面注释，特殊处理了呀。
// Special cases:
// - NSObject AWZ class methods are default.
- 看到这是不是对我们iOS程序的加载流程也很好奇了。
画个alloc流程图吧
截屏2021-07-06 下午6.08.40.png
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总结：
- LLVM在编译时把所有的alloc消息发送，转化为objc_alloc()
- 自定义类的alloc流程，如果类没有initialize，或者实现了customAWZ(都是customAWZ返回为true)，会触发alloc消息发送，否则将会直接进_objc_rootAlloc
- 建议不要customAWZ，因为zone参数在底层实现是被丢弃的，实际分配zone不会被开发者决定(libMaolloc分配)，反而让alloc调用流程变复杂。
- 下篇拓展下Align16，对齐