谈ObjC对象的两段构造模式

转载自：http://blog.devtang.com/blog/2013/01/13/two-stage-creation-on-cocoa/

前言

Objective-c语言在申请对象的时，需要使用两段构造(Two Stage Creation)的模式。一个对象的创建，需要先调用alloc方法或allocWithZone方法，再调用init方法或initWithSomething方法。如下是一个NSString对象的创建示例：

1	NSString * str = [[NSString alloc] initWithString:@"http://blog.devtang.com"];

由于该语言的对象创建方法和大多数其它语言（如C、C++、Java、JavaScript）都不一样，所以引起了我的好奇。是什么原因促使Objective-C做了这种设计，而又是什么原因促使大多数其它语言都采用”new”方法来一次性创建对象呢？

在看了《Cocoa Design Patterns》一书（顺便吐槽一下该书中文版翻译质量不高，建议看英文版），并且做了一些调研之后，我将总结分享给大家，欢迎大家讨论。

对象的创建

我们先来看看在对象的创建过程中，alloc和init到底做了哪些事情。

alloc方法

根据苹果的官方文档。当对象创建时，cocoa会从应用程序的虚拟地址空间上为该对象分配足够的内存。cocoa会遍历该对象所有的成员变量，通过成员变量的类型来计算所需占用的内存。

当我们通过alloc或allocWithZone方法创建对象时，cocoa会返回一个未”初使化“过的对象。在这个过程中，cocoa除了上面提到的申请了一块足够大的内存外，还做了以下3件事：

1. 将该新对象的引用计数(Retain Count)设置成1。
2. 将该新对象的isa成员变量指向它的类对象。
3. 将该新对象的所有其它成员变量的值设置成零。（根据成员变量类型，零有可能是指nil或Nil或0.0）

isa成员变量是在NSObject中定义的，所以保证Cocoa的所有对象都带有此成员变量。借助该变量可以实现Cocoa对象在运行时的自省(Introspection)功能。

init方法

大部分情况下，我们都不希望所有成员变量都是零，所以init方法会做真正的初使化工作，让对象的成员变量的值符合我们程序逻辑中的初始化状态。例如，NSMutableString可能就会额外再申请一块字符数组，用于动态修改字符串。

init还有一个需要注意的问题。某些情况下，init会造成alloc的原本空间不够用，而第二次分配内存空间。所以下面的写法是错的：

1 2	NSString * s = [NSString alloc]; [s init]; // 这儿init返回的地址可能会变。s原本的指针地址可能是无效的地址。

为此，苹果引入了一个编程规范，让大家写的时候将alloc 和init写在一行。所以上面的代码正确的写法是

1	NSString * s = [[NSString alloc] init];

new

在后来，苹果也引入了类方法：new。但是由于历史原因，init方法是实例方法而非类方法，所以作为类方法的new，只能简单地等价于 alloc + init，不能指定init的参数，所以用处不大。苹果在设计上也禁止多次调用init方法，例如如下代码会抛出 NSInvalidArgumentException。

1 2	NSString * str = [NSString new]; str = [str initWithString:@"Bar"];

为什么这么设计

说回来文章开始时提出来问题，为什么苹果要这么设计而其它语言不这么设计？

上面提到，alloc其实不只干了申请内存的事情，还做了： 1. 内存管理的事情，设置Retain Count。 2. 运行时自省的功能，设置isa变量。 3. 非逻辑性的初使化功能，设置所有成员变量为零。

简单看来，根据设计模式的Single Responsibility的设计原则，苹果觉得alloc和init是做的2件不同的事情，把这两件事情分开放在2个函数中，对于程序员更加清楚明了。更详细查阅文档后，我觉得这是由于历史原因，让苹果觉得alloc方法过于复杂，在历史上，alloc不仅仅是分配内存，还可以详细的指定该内存所在的内存分区（用NSZone表示）。这就是下面要提到的allocWithZone方法。

在《Cocoa Design Patterns》一书也提到，早期苹果是建议程序员使用 allocWithZone来管理内存分配的，每个NSZone表示一块内存分区，allowWithZone方法可以允许对象从指定分区分配内存。了解到这段历史后，也不难理解苹果这么设计的原因了。因为在这种情况下，alloc要处理的情况复杂，和init放到一起不合适。

而对于大多数出生在90年代的语言来说(例如Java,JavaScript,C#)，由于内存具体的分配方案都不需要程序员操心了，所以就不需要单独为内存分配实现一个alloc方法了。

后记

allocWithZone被废弃

自从Mac OS X 10.5上引入了垃圾回收机制后，苹果就不建议程序员使用allocWithZone了，事实上，cocoa框架也会忽略allocWithZone指定的分区。苹果在文档中也提到，allocWithZone仅仅是一个历史遗留设计了。下图是苹果的文档截图：

Objective-C的历史

Objective-C是一门非常老的语言。如果你查阅文档，你会发现它和C++出生在同一时代（两种语言的发行年份都是1983年），都是作为C语言的面向对象的接班人被推出。当然，最终C++胜出。由于历史久远，Objective-C也无法有太多优秀的语言做参考，所以，有很多历史遗留的设计。在2007年苹果公司发布了Obj-C 2.0, 对其进行了大量改进。

在最近几年的WWDC大会上，每年苹果都会对Objective-C和其对应的LLVM编译器进行改进，例如WWDC2011推出的ARC，WWDC2012推出的Object Literals等。所以现在使用Objective-C做开发已经非常舒服了。期待苹果给开发者带来更多惊喜。