我们实例化一个NSObject对象，最常见的代码就是
NXPerson *person = [[NXPerson alloc] init];
对于调用alloc/init等方法底层究竟发生了什么，你是否知道呢？今天我们就来一探究竟：
以下调试基于
Apple开源的objc4-818.2代码进行。
1.alloc的代码执行流程
1.1.首先在上述代码开始开始位置打第1个断点，然后运行代码使得代码断在这个断点。
1.2.然后点击alloc，跳转到了[NSObject.mm alloc]，并在这里设置第2个断点。
1.3.此时我们观察Xcode左侧的调用栈
仔细看，我们会发现一个奇怪的问题：在main之后，[NSObject.mm alloc]之前，还有两个方法的调用
1.3.1.调用objc_alloc方法:
id objc_alloc(Class cls){
return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}
1.3.2. objc_alloc的内部调用了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));
}
1.3.3.callAlloc内部通过((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc))调用[NSObject.mm alloc]方法:
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
1.3.4. alloc内部调用了_objc_rootAlloc方法：
id _objc_rootAlloc(Class cls){
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
1.3.5. _objc_rootAlloc内部调用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));
}
1.3.6. callAlloc内部调用了_objc_rootAllocWithZone方法，这里明确了objc2忽略了allocWithZone，所以这里以及后续都传的是nil.
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);
}
1.3.7. _objc_rootAllocWithZone内部调用_class_createInstanceFromZone方法：
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 {
obj->initIsa(cls);
}
if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
return obj;
}
construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}
整个流程一共经历了7步，在第1.3.7步中返回了
obj对象。也就是前面的一些步骤只是一些通用接口，根据环境变量等的不同来获得第七步所需要的一些参数，接下来我们探究obj初始化初始化的流程
2.obj初始化流程
2.1.obj初始化流程中，我们看到对其进行了声明, 接下来执行的代码如下，根据上下问参数可以知道zone参数为nil，所以就走到了else分支的obj = (id)calloc(1, size)中，calloc函数是一个分配内存的底层函数，第二个参数是size,表示需要开辟的内存空间的大小，第一个参数是1，表示申请一倍于size的大小。
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
}
else {
obj = (id)calloc(1, size);
}
2.2.size的代码如下，我们根据上下参数可以看到outAllocatedSize参数为nil，所以if条件就可以不看了。那么size = cls->instanceSize(extraBytes),这个就是获取初始化这个对象需要分配的内存大小了。具体怎么计算的，我们后面再继续探究，这里拿到size之后就可以完成对象的初始化了。
size_t size;
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
打印下size和obj，我们发现打印的只有一个地址，没有描述信息呀，我们平时打印个对象，都是
2.3.继续往下，断点走到了这里，具体怎么绑定的我们后面在再进行探究。我们接着再打印下obj,到这里我们看到了已经有类名相关的信息了
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
综上所属，类的实例初始化可以分为三步，第一步通过
cls->instanceSize获得分配的内存大小；第二步通过calloc分配内存空间；第三步通过obj->initInstanceIsa绑定类信息到实例上。完整的流程可以查看下方的流程图：
3.重点探究
3.1内存大小的计算
调用如下objc_class的方法instanceSize,参数extraBytes = 0,
inline 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;
}
再继续调用cache_t的fastInstanceSize方法,走到这一步size=40，然后再减去FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16=0x0008,得到32。值得注意的是align16是表示16字节对齐，算法为(x + size_t(15)) & ~size_t(15).
16位对齐也就是在开辟内存空间的时候，只能开辟16的整数倍大小的内存空间，这样以16字节为基础单位开辟的内存空间，就可以保证在内存连续上的整齐度。采取16字节对齐，是因为OC的对象中，第一位isa指针，是必然存在的，而且它就占了8字节，就算你的对象中没有其他的属性了，那对象也至少要占用8位字节。如果以8位字节对齐的话，如果连续的两块内存都是没有属性的对象，那么它们的内存空间就会完全的挨在一起，是容易混乱的。采用16字节对齐，按块读取效率更高，同时还不容易混乱。
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);
}
}
3.2.设置对象的isa,调用的函数如下
断点调试发现走到了图5打断点的位置，
newisa.setClass(cls, this);就是用来设置对象的isa信息(isa中存储了类的信息)，这样就把实例和对应的类关联起来了。
3.init流程
调试中，首先来到了[NsObject.mm init],紧接着调用了_objc_rootInit方法，_objc_rootInit方法中直接返回了obj对象自身。也就是NSObject提供的init方法，底层并没有做什么事情，直接返回了对象本身。其实这是为了给开发者提供一个初始化构造函数，方便开发者直接在init中初始化的对象的相关属性信息。
- (id)init {
return _objc_rootInit(self);
}
id _objc_rootInit(id obj){
return obj;
}
4. [[X alloc] init]
调试过程中你会发现一个很有趣的问题，就是如果你直接NXPerson *person = [[NXPerson alloc] init],这样调用，实际上会直接来到
id objc_alloc_init(Class cls){
return [callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/) init];
}
5.new
id
objc_opt_new(Class cls)
{
#if __OBJC2__
if (fastpath(cls && !cls->ISA()->hasCustomCore())) {
return [callAlloc(cls, false/*checkNil*/) init];
}
#endif
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(new));
}
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
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));
}
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);
}
6. 调试相关:
- 代码转cpp文件
// 简单方式
clang -rewrite-objc main.m
// 如果有引用的UIKit等框架则需要:
clang -x objective-c -rewrite-objc -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk main.m
// 包含weak出错:
clang -x objective-c -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk main.m
// 第二种方式
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp
// 包含weak
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-8.0.0 main.m
- 设置断点：
//c函数
void test(){
}
breakpoint set -n test
// oc方法, 可以连续-n
breakpoint set -n "[ViewController viewWillAppear:]"
//查看断点列表
breakpoint list
//断点禁用/启用（组/分支）
breakpoint disable/enable 1/1.1 ..
//删除断点（只能删除整个组，不带数字，删除全部）
breakpoint delete 1/2
//添加selector
breakpoint set --selector touchesBegan:withEvent:
breakpoint set --file ViewController.m --selector touchesBegan:withEvent:
//带Game的都打上断点
breakpoint set -r Game:
- p 及po
# 打印类型及地址（p是expression的简写）
p obj
# 打印对象的description方法
po obj //
- 查看堆栈
#查看当前堆栈
bt
#查看上一级/下一级
up/down
#查看指定堆栈
frame select 3
#查看指定堆栈下的参数列表
frame variable
#可以使用p指令修改参数
p str = @"123456"
# 堆栈回滚（不会继续往下执行）
thread return
- 内存断点
# 设置p1.name的断点给p1.name赋值时会断注
watchpoint set variable p1->_name
# 通过p指令获取指针的地址,然后通过地址来设置
p &p1->_name // (NSString **) $0 = 0x0000000.....30
watchpoint set expression 0x0000000.....30
- target stop-hook
//在每一个断点位置打印参数列表
target stop-hook add -o "frame variable"
//查看列表
target stop-hook list
//删除
target stop-hook delete
- image
//查看类信息
image lookup -t NXPerson
//查看image列表
image list