iOS底层原理：alloc流程图及源码分析

万物皆对象，那对象是怎么创建出来的呢？带着这个问题，我们首先得了解一个类 [[LGPerson alloc] init] 在创建的过程中alloc做了些什么？init做了些什么？alloc 是怎样开辟内存的？

1.我们首先来看一个例子：

image.png

• 根据打印的信息，我们可以看出p1,p2,p3的指针地址是相同的，但是他们的内存地址却是不同的，为什么是这样呢？这就是接下来我们要讨论的alloc 和 init到底做了些什么？

准备工作：

1. 下载 objc4-781 源码
2. 编译源码，这期间会出现各类问题，解决的方法请参考这篇文章objc4_debug

image.png

通过配置好的源码，我们可以打断点一步一步的往下走：

• 1. 在 [LGPerson alloc]方法打上断点，会走到 alloc方法

+ (id)alloc {
    return _objc_rootAlloc(self);
}

• 2. 进入到 _objc_rootAlloc方法

id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}

• 3. 进入到callAlloc方法

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));
}

• 4. 进入到_objc_rootAllocWithZone方法

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);
}

• 5. 进入到_class_createInstanceFromZone方法, 这里面主要实现了 3个方法
     • cls->instanceSize 计算出需要开辟的内存空间大小
     • calloc 向系统申请开辟内存，返回地址指针
     • obj->initInstanceIsa 将 cls类 与 obj指针（即isa）进行关联

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);
}

• 我们可以通过断点调试进入计算内存大小的方法cls->instanceSize

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;
    }

• 断点会进入 cache.fastInstanceSize方法

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);
        }
    }

• 断点继续下一步，会走到align16方法, 这个方法的作用是 16字节对齐算法。以前的都是8字节对齐，由于内存的消耗越来越大了，8字节对齐已经不能满足用户需求了，所以现在都是16字节对齐。

static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

接下来我们分析init方法做了什么

• 根据源码我们可以进入到init的类方法实现,这里是一个工厂方法，返回一个强转为id类型的构造方法。

+ (id)init {
    return (id)self;
}

• 通过 点击 init方法，我们会计入到 init的实例方法, 会返回 _objc_rootInit方法，跳转进入到方法实现中，会返回obj对象本身

- (id) init {
    return _objc_rootInit(self);
}
id
_objc_rootInit(id obj)
{
    return obj;
}

补充: 我们可以看一下 new方法的源码是怎样实现的。

+ (id)new {
    return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}

• 通过源码我们可以看出，调用new方法会返回callAlloc方法调用init方法。实际上就是调用了[alloc init]方法。