一、alloc实现流程
Person *p = [Person alloc];
在Foundation层我们初始化一个对象需要调用alloc方法，通过查看堆栈信息我们可以大致知道函数调用过程如下：
[图片上传失败...(image-488e4f-1599590590512)]
1. alloc函数调用 _objc_rootAlloc 函数，传入相应的类，并且调用 callAlloc 函数。
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
// Base class implementation of +alloc. cls is not nil.
// Calls [cls allocWithZone:nil].
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
2.callAlloc
// Call [cls alloc] or [cls allocWithZone:nil], with appropriate
// shortcutting optimizations.
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
#if __OBJC2__
if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
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));
在这里我们也拓展一下其他知识，了解一下objc底层一些特性：
- 先看一下ALWAYS_INLINE
inline 是一种降低函数调用成本的方法，其本质是在调用声明为 inline 的函数时，会直接把函数的实现替换过去，这样减少了调用函数的成本。 是一种以空间换时间的做法。
define ALWAYS_INLINE inline attribute((always_inline))
ALWAYS_INLINE宏会强制开启inline。
- slowpath & fastpath
define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))
这两个宏使用__builtin_expect函数
__builtin_expect(EXP, N)
这个指令的意思是EXP==N的概率更大。用于上方就是对于> fastpath(x) x为真可能性更大，对于> slowpath(x) x为假可能性更大。
这个指令的作用是允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器，用于优化代码执行效率，提高预读指令的命中率，以减少指令跳转带来的性能下降！
所以我们在分析的时候，以实际为准。
对于下面代码：
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ()))
此句代码为判断当前class or superclass 是否有自定义的alloc/allocWithZone 方法实现 ？
如果cls->ISA()->hasCustomAWZ()返回YES，意味着有自定义的allocWithZone方法实现。这个值会存储在metaclass中。
虽然这里是fastpath，但是对于初次创建的类是还没有默认的实现的。所以继续向下执行进入到msgSend消息发送流程，调用alloc函数。
3、alloc
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
4、_objc_rootAlloc
// Base class implementation of +alloc. cls is not nil.
// Calls [cls allocWithZone:nil].
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
执行到这个过程会再次进入到 callAlloc 函数，但是这一次当前类的默认实现已经注册完毕，所以会执行到 _objc_rootAllocWithZone 函数中。
5.callAlloc
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);
}
6. _objc_rootAllocWithZone
NEVER_INLINE
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);
}
7. _class_createInstanceFromZone
static ALWAYS_INLINE id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
int construct_flags = OBJECT_CONSTRUCT_NONE,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)
{
ASSERT(cls->isRealized());
// Read class's info bits all at once for performance
bool hasCxxCtor = cxxConstruct && cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
size_t size;
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
if (slowpath(!obj)) {
if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
return _objc_callBadAllocHandler(cls);
}
return nil;
}
if (!zone && fast) {
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
} else {
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
}
if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
return obj;
}
construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}
先看一下前面的几个bool值
bool hasCxxCtor = cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
- hasCxxCtor 判断当前class or superclass 是否有.cxx_construct构造方法的实现；
- hasCxxDtor 判断当前class or superclass 是否有.cxx_destruct析构方法的实现；
- canAllocNonpointer 是对 isa 的类型的区分，如果一个类和它父类的实例不能使用 isa_t 类型的 isa 的话，返回值为 false。在 Objective-C 2.0 中，大部分类都是支持的；
7.1 重要函数：计算所需空间大小：
size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
}
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
{
ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));
if (__builtin_constant_p(extra) && extra == 0) {
return _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK16;
} else {
size_t size = _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK;
// remove the FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 that was added
// by setFastInstanceSize
return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
}
}
static inline size_t align16(size_t x) {
return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}
计算申请空间大小: 对于继承自NSObject没有任何属性的自定义类而言，默认有个isa结构体。占8字节。
@interface NSObject {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
最终经过 align16 函数计算方式：
（8 + 15）& ~15 （等同于>>4再<<4）
最终结果为16的倍数，且最小为16字节(这里的传入的x受类的属性个数的影响)。在Core Foundation 中，需要所有的对象的大小不小于 16 字节。
补充知识点：内存对齐原则
1:数据成员对其规则（struct)(或联 合(union))的数据成员，第
⼀个数据成员放在offset为0的地⽅，以后每个数据成员存储的起始位置要
从该成员⼤⼩或者成员的⼦成员⼤⼩（只要该成员有⼦成员，⽐如说是数组，
结构体等）的整数倍开始(⽐如int为４字节,则要从４的整数倍地址开始存
储。
２:结构体作为成员:如果⼀个结构⾥有某些结构体成员,则结构体成员要从
其内部最⼤元素⼤⼩的整数倍地址开始存储.(struct a⾥存有struct b,b
⾥有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)
３:收尾⼯作:结构体的总⼤⼩,也就是sizeof的结果,.必须是其内部最⼤
成员的整数倍.不⾜的要补⻬。
7.2 重要函数：calloc
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
alloc 开辟内存的地方。
按计算大小通过 calloc()函数为对象分配内存空间， calloc()会默认的把申请出来的空间初始化为0或者nil。（这里的zone基本是不会走的，苹果废弃了zone开辟空间，并且这里zone的入参传入的也是nil）
补充知识点：
函数malloc()和calloc()都可以用来动态分配内存空间,但两者稍有区别
malloc()函数有一个参数,即要分配的内存空间的大小:
void *malloc(size_t size);
calloc()函数有两个参数,分别为元素的数目和每个元素的大小,这两个参数的乘积就是要分配的内存空间的大小。
void *calloc(size_t numElements,size_t sizeOfElement);
如果调用成功,函数malloc()和函数calloc()都将返回所分配的内存空间的首地址。
函数malloc()和函数calloc()的主要区别是前者不能初始化所分配的内存空间,而后者能。如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过，则其中的每一位可能都是0;反之,如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据。也就是说，使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题。
经常用memset()进行清零
函数calloc()会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那麽这些元素将保证会被初始化为0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那麽这些元素通常会被初始化为空指针;如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的
- 函数声明(函数原型)：
void malloc(int size);
说明：malloc 向系统申请分配指定size个字节的内存空间。返回类型是 void 类型。void* 表示未确定类型的指针。C,C++规定，void* 类型可以强制转换为任何其它类型的指针。从函数声明上可以看出。malloc 和 new 至少两个不同: new 返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要大小。
比如：
int p;
p = new int; //返回类型为int 类型(整数型指针)，分配大小为 sizeof(int);
或：
int* parr;
parr = new int [100]; //返回类型为 int* 类型(整数型指针)，分配大小为 sizeof(int) * 100;
而 malloc 则必须由我们计算要字节数，并且在返回后强行转换为实际类型的指针。
int* p;
p = (int *) malloc (sizeof(int));
- 第一、malloc 函数返回的是 void * 类型，如果你写成：p = malloc (sizeof(int)); 则程序无法通过编译，报错：“不能将 void* 赋值给 int * 类型变量”。所以必须通过 (int *) 来将强制转换。
- 第二、函数的实参为 sizeof(int) ，用于指明一个整型数据需要的大小。如果你写成：
int* p = (int ) malloc (1);代码也能通过编译，但事实上只分配了1个字节大小的内存空间，当你往里头存入一个整数，就会有3个字节无家可归，而直接“住进邻居家”！造成的结果是后面的内存中原有数据内容全部被清空。
malloc 也可以达到 new [] 的效果，申请出一段连续的内存，方法无非是指定你所需要内存大小。
比如想分配100个int类型的空间：
int p = (int *) malloc ( sizeof(int) * 100 ); //分配可以放得下100个整数的内存空间。
另外有一点不能直接看出的区别是，malloc 只管分配内存，并不能对所得的内存进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的。除了分配及最后释放的方法不一样以外，通过malloc或new得到指针，在其它操作上保持一致
7.3重要函数：initInstanceIsa
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
}
初始化的过程就是对isa_t结构体初始化的过程。
关于Isa类型
Isa类型有如下宏定义
// Define SUPPORT_INDEXED_ISA=1 on platforms that store the class in the isa
// field as an index into a class table.
// Note, keep this in sync with any .s files which also define it.
// Be sure to edit objc-abi.h as well.
#if __ARM_ARCH_7K__ >= 2 || (__arm64__ && !__LP64__)
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 1
#else
# define SUPPORT_INDEXED_ISA 0
#endif
// Define SUPPORT_PACKED_ISA=1 on platforms that store the class in the isa
// field as a maskable pointer with other data around it.
#if (!__LP64__ || TARGET_OS_WIN32 || \
(TARGET_OS_SIMULATOR && !TARGET_OS_IOSMAC))
# define SUPPORT_PACKED_ISA 0
#else
# define SUPPORT_PACKED_ISA 1
#endif
// Define SUPPORT_NONPOINTER_ISA=1 on any platform that may store something
// in the isa field that is not a raw pointer.
#if !SUPPORT_INDEXED_ISA && !SUPPORT_PACKED_ISA
# define SUPPORT_NONPOINTER_ISA 0
#else
# define SUPPORT_NONPOINTER_ISA 1
#endif
SUPPORT_INDEXED_ISA 的含义是，如果为 1，则会在 isa field 中存储 class 在 class table 的索引。SUPPORT_PACKED_ISA 为 1 时则是在 isa field 中通过 mask 的方式存储 class 的指针信息。
SUPPORT_NONPOINTER_ISA 用于标记是否支持优化的 isa 指针，其字面含义意思是 isa 的内容不再是类的指针了，而是包含了更多信息，比如引用计数，析构状态，被其他 weak 变量引用情况
在 _class_createInstanceFromZone 中，主要做了3件事，
- 1.计算对象所需的空间大小；
- 2.根据计算大小开辟空间；
- 3.初始化isa，使其与当前对象关联。
补充知识点：isa流程图
二、init函数
通过alloc方法，开辟了所需空间，关联了isa，那么init又做了什么呢？看代码：
- (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;
}
init函数返回了当前对象而已！那么苹果如此设计的目的是什么呢？其实每个对象从出生并非是完全相同的，允许我们对各个对象进行不同的配置，这就是init的函数的目的所在。
三、new函数
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
包装了 alloc init，允许我们快速的生成一个对象。
四、总结
- alloc是孕育的过程，孕育完成之时，对象的“遗传基因”等信息就已经确定了
- init是出生的过程，允许我们在出生之后进行不同的装配。