背景：在iOS中万物皆对像，平时我们在开发中经常用到alloc这个方法，但是底层是如何实现的呢！带着这个疑问我们一起从对象NSObject的初始化alloc开始探索。
一、前话：调试方法
在开始调试之前，我们先了解一下几种调试的方法
// 介绍三种方式// libobjc.A.dylib
- 下断点 : control + in - objc_alloc
- 下符号断点 objc_alloc: libobjc.A.dylib+[NSObject alloc]
- 汇编，通过Debug->Debug WorkFlow->Allway Show
Disassembly 打开汇编界面，可看到调用 libobjc.A.dylib`objc_alloc:
二、alloc流程分析
- 1.新建类MyTeacher继承自NSObject,在objct源码内的main方法内写以下代码，在[MyTeacher alloc]方法处打上断点，然后进行调试。
#import
#import "MyTeacher.h"
#import
#import
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// size :
// 1: 对象需要的内存空间 8倍数 - 8字节对齐
// 2: 最少16 安全 16 - 8 > 16
MyTeacher *p = [MyTeacher alloc];//此处打断点
NSLog(@"%@",p);
}
return 0;
}
- 2.第一步会进入NSObject类中的alloc 方法
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
- 3.我们再进一步查看 _objc_rootAlloc 方法
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
- 4.我们再进一步查看 callAlloc 方法，通过进一步分析cls->canAllocFast()，此方法一直返回false，所以我们直接研究else的代码，进一步研究class_createInstance
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
/* 省略代码*/
// canAllocFast返回值固定为false，内部调用了一个bits. canAllocFast, 所以创建对象暂时看来只能用到else中的代码
if (fastpath(cls->canAllocFast())) {
// No ctors, raw isa, etc. Go straight to the metal.
bool dtor = cls->hasCxxDtor();
id obj = (id)calloc(1, cls->bits.fastInstanceSize());
if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
obj->initInstanceIsa(cls, dtor);
return obj;
}
else { //*****执行以下方法，上面的先不看*****
// Has ctor or raw isa or something. Use the slower path.
id obj = class_createInstance(cls, 0);
if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
return obj;
}
/* 省略代码*/
}
- 5.接下来我们进入 *** class_createInstance(cls, 0) *** 研究， 调用_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil)
id
class_createInstance(Class cls, size_t extraBytes)
{
return _class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil);
}
-
- 我们看一下_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil)
id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)
{
if (!cls) return nil;
assert(cls->isRealized());
// Read class's info bits all at once for performance
bool hasCxxCtor = cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
//此处计算内存的大小
size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (!zone && fast) {//********此时为true，会执行以下代码******
obj = (id)calloc(1, size);
if (!obj) return nil;
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
}
else {
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc ((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
if (!obj) return nil;
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
}
if (cxxConstruct && hasCxxCtor) {
obj = _objc_constructOrFree(obj, cls);
}
return obj;
}
详细解读
①hasCxxCtor()
hasCxxCtor()是判断当前class或者superclass是否有.cxx_construct 构造方法的实现
②hasCxxDtor()
hasCxxDtor()是判断判断当前class或者superclass是否有.cxx_destruct 析构方法的实现
③canAllocNonpointer()
anAllocNonpointer()是具体标记某个类是否支持优化的isa
④instanceSize()
instanceSize()获取类的大小（传入额外字节的大小）
已知zone=false，fast=true，则(!zone && fast)=true
⑤calloc()
用来动态开辟内存，没有具体实现代码，接下来的文章会讲到malloc源码
⑥initInstanceIsa()
内部调用initIsa(cls, true, hasCxxDtor)初始化isa
-
- 其中 size_t size = cls->instanceSize(extraBytes)是计算内存的大小，此处我们进行分析一下，了解一下如何内存分配，其中64位系统下，对象大小采用8字节对齐，但是实际申请的内存最低为16字节。然后调用calloc(1, size);函数为对象分配内存空间。
size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
uint32_t alignedInstanceSize() {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
// May be unaligned depending on class's ivars.
//读取当前的类的属性数据大小
uint32_t unalignedInstanceSize() {
assert(isRealized());
return data()->ro->instanceSize;
}
//进行内存对齐
//WORD_MASK == 7
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
以下是内存对齐的算法（参考了我是好宝宝 写的内容），此内容通俗易懂。
假如： x = 9，已知WORD_MASK = 7
x + WORD_MASK = 9 + 7 = 16
WORD_MASK 二进制 ：0000 0111 = 7 （4+2+1）
~WORD_MASK : 1111 1000
16二进制为 : 0001 0000
1111 1000
0001 0000
---------------
0001 0000 = 16
所以 x = 16 也就是 8的倍数对齐，即 8 字节对齐
作者：我是好宝宝
链接：https://juejin.im/post/5df6323d6fb9a016317813b0
来源：掘金
-
- 根据不同的条件，使用calloc或者malloc_zone_calloc进行内存申请，并且初始化isa指针，至此size大小的对象obj已经申请完成，并且返回。
注：initIsa(cls)，isa绑定类class这个后面再讲。
- 根据不同的条件，使用calloc或者malloc_zone_calloc进行内存申请，并且初始化isa指针，至此size大小的对象obj已经申请完成，并且返回。
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc ((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
if (!obj) return nil;
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
三、init & new
-
- 我们再看一下init方法，其实里面没做什么事。就提供一个工厂方法给开发者扩展。比如我们平时写的self == [super init],然后写上我们自定义的方法
- (id)init {
return _objc_rootInit(self);
}
id _objc_rootInit(id obj)
{
// In practice, it will be hard to rely on this function.
// Many classes do not properly chain -init calls.
return obj;
}
-
- new调用的是callAlloc方法和init，那么可以理解为new实际上就是alloc+init 的综合体。
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
总结：
- alloc 申请的内在空间是以8为倍数，且最小为16bit;
- init 没做什么事，就为了方便开发者扩展;
- new 就是alloc 和 init 的集合。
最后看一张alloc的流程图，此图根据objc的源码经以上分析得来。
alloc 流程.png
参考：
苹果的开源代码
Coci老师的调试objc源码的方法
iOS探索 alloc流程 (by我是好宝宝)