在分析alloc源码之前，先来观察下以下3个对象：
image
分别输出3个对象的 内容、指针地址、对象地址，下图是打印结果
image
通过打印可以看出，3个对象指向的是同一个内存空间，所以其内容和对象地址是相同的，但是指针地址是不同的
所以接下来将探索，alloc做了什么？init做了什么？
alloc源码探究
alloc大致流程如下
image
- 首先根据
main函数中的HLPerson类的alloc方法进入alloc方法的源码（即源码分析开始）
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
- 跳转至
_objc_rootAlloc的源码
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
- 跳转至
callAlloc的源码
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callAlloc方法里面可以看到if的判断条件，那么fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())都做了什么呢？fastpath又是什么呢？
fastpath()
#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))
/*
编译器指令，允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器,让编译器在生成指令的时候，概率很高的分支指令不需要跳转，而概率低的分支指令需要经过跳转，从而使得大部分情况下都不需要经过跳转，提高执行效率.
(__builtin_expect(bool(x), 1))：表示bool(x)为真的可能性较大
(__builtin_expect(bool(x), 0))：表示bool(x)为假的可能性较大
*/
__builtin_expect(EXP, N)
-
cls->ISA()->hasCustomAWZ()
这个函数是用来判断一个类是否有自定义的+allocWithZone方法。 -
fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())
这里表示，一个类没有自定义+allocWithZone方法的可能性比较大。
在HLPerson类中没有自定义+allocWithZone，那么callAlloc函数会执行到return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);这里
- 跳转至
_objc_rootAllocWithZone的源码
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);
}
- 跳转至
_class_createInstanceFromZone的源码
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 {
// alloc 开辟内存的地方
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);
}
这部分是alloc源码的核心操作，该方法的实现主要分为三部分：
-
cls -> instanceSize-> 计算需要开辟的内存空间大小 -
calloc-> 申请内存 -
obj -> initInstanceIsa-> 将申请的内存与isa关联
cls -> instanceSize：计算所需内存大小
- 跳转至
instanceSize的源码
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;
}
通过断点调试，会执行到cache.fastInstanceSize方法，计算内存大小。跳转至fastInstanceSize的源码
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);
}
}
通过断点调试，会执行到align16
- 跳转至
align16的源码，这个方法是 16字节对齐算法
static inline size_t align16(size_t x) {
return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}
内存字节对齐原则
-
数据成员对齐规则：struct 或者 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，比如数据、结构体等）的整数倍开始（例如int在32位机中是4字节，则要从4的整数倍地址开始存储） -
数据成员为结构体：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（例如：struct a里面存有struct b，b里面有char、int、double等元素，则b应该从8的整数倍开始存储） -
结构体的整体对齐规则：结构体的总大小，即sizeof的结果，必须是其内部做大成员的整数倍，不足的要补齐
为什么需要16字节对齐
- 通常内存是由一个个字节组成的，cpu在存取数据时，并不是以字节为单位存储，而是以块为单位存取，块的大小为内存存取力度。频繁存取字节未对齐的数据，会极大降低cpu的性能，所以可以通过减少存取次数来降低cpu的开销
- 16字节对齐，是由于在一个对象中，第一个属性isa占8字节，当然一个对象肯定还有其他属性，当无属性时，会预留8字节，即16字节对齐，如果不预留，相当于这个对象的isa和其他对象的isa紧挨着，容易造成访问混乱
- 16字节对齐后，可以加快CPU读取速度，同时使访问更安全，不会产生访问混乱的情况
字节对齐-总结
- 在字节对齐算法中，对齐的主要是对象，而对象的本质则是一个 struct objc_object的结构体
- 结构体在内存中是连续存放的，所以可以利用这点对结构体进行强转
- 苹果早期是8字节对齐，现在是16字节对齐
calloc：申请内存，返回地址指针
通过instanceSize计算的内存大小，向内存中申请大小为size的内存，并赋值给obj，因此obj是指向内存地址的指针
obj = (id)calloc(1, size);
obj -> initInstanceIsa：类与isa关联
经过calloc，内存已经申请好了，类也已经传入进来了，那么接下来就需要将类与地址指针即isa指针进行关联
alloc总结：alloc的主要目的是开辟一段指定大小的内存空间，并将这段内存空间关联到对象的isa指针。
init 源码探索
通过代码进行探索init方法
HLPerson *p1 = [[HLPerson alloc] init];
- 跳转至
init的源码
- (id)init {
return _objc_rootInit(self);
}
- 跳转至
_objc_rootInit的源码
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;
}
有此可见，返回的是传入的self本身
new 源码探索
在开发中，初始化除了init，还可以使用new，两者本质上其实并没有什么区别，以下是objc中new的源码实现，通过源码可以得知，new函数中直接调用了callAlloc函数（即alloc中分析的函数），且调用了init函数，所以[p1 new] 其实就等价于 [[p1 alloc] init]
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
tips：但是一般开发中并不建议使用new，主要是因为有时会重写init方法做一些自定义的操作，例如initWithXXX，会在这个方法中调用[super init]，用new初始化可能会无法走到自定义的initWithXXX部分。