OC对象原理（上）-Alloc的流程图&三个关键步骤Objective-C在创建对象时，背后做了哪些关键的操作？我们知道

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写了多年的OC代码，alloc是老朋友了，我们总是在创建对象的时候遇见他，但却没有探究过其背后到底做了什么？今天，我们就来一探究竟。

假设

在探索之前，我们先假设一下，如果是由你自己来实现alloc进行内存分配的话，我们会怎么去考虑这个问题呢？我想无非是从以下这三个方面：

给谁？
给多大？
怎么给？

我们知道创建对象其实底层是对内存的分配，这三个方面放到内存分配中就刚好对应成下面三个关键操作：

给谁？ >> 分配完之后，标记这块内存和类关联起来（分配完得标记这块内存是谁的）
给多大？ >> 分配多大的内存（要分配的话，你得知道分配多大吧？）
怎么给？ >> 进行分配

验证和探究

如何验证我们刚才的假设呢？俗话说的好：talk is cheap，show me the code，让我们把objc里面相对应的源码找出来。

等下，问题又来了，源码这么多，怎么知道要找哪一部分来看呢？这里有一个小技巧：

调试技巧

我们先在alloc行打上一个断点，然后执行，等断点断住的时候，再创建一个“符号断点Symbolic Breakpoint”：symbol字段填alloc，继续点运行，程序会继续往下然后断在一个汇编代码界面，我们看看汇编代码开头的提示：

好了，知道我们要找的就是libobjc 相关的代码了。

准备工作

我们先从objc4-818.2 把源码下载下来。

alloc源码探索

下面对源码进行跟踪，先上流程图，从alloc方法开始，接下来的执行流程大概就是图上所画的：

图中我们可以看到，_class_createInstanceFromZone 方法中岔开了三个方法:

cls->instanceSize ：计算内存大小
(id)calloc(1, size) ：开辟内存，返回地址指针
obj->initInstanceIsa ：初始化指针，和类关联起来刚好分别对应了我们文章一开头所说的三个操作。

这样看来_class_createInstanceFromZone就是分析的核心，岔开的三个方法就是三个核心方法。

没事，不急，我们先把_class_createInstanceFromZone之前的外围流程一步步分析完。

外围方法

最开始的入口

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

进入_objc_rootAlloc

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

进入callAlloc

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
#if __OBJC2__ //判断是不是 objc2.0版本
    //slowpath(x):x很可能为假，为真的概率很小 
    //fastpath(x):x很可能为真 
    //其实将fastpath和slowpath去掉是完全不影响任何功能,写上是告诉编译器对代码进行优化
    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
    //判断该类是否实现自自定义的 +allocWithZone，没有则进入if条件句
    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));
}

其中slowpath 和fastpath 宏的定义如下：

#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))

__builtin_expect 起的是优化性能的作用，表示分支预测时第一个参数较大概率会是第二个参数，所以 fastpath（x) 表示 x 较大概率为真，slowpath(x) 表示 x 较大概率为假，返回值就是 x 本身。这个指令是gcc引入的，作用是允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器。这个指令的写法为：__builtin_expect(EXP, N)。意思是：EXP==N的概率很大。

进入_objc_rootAllocWithZone

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);
}

核心方法

现在终于来到了_class_createInstanceFromZone。

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cls->instanceSize【分配多大的内存】

需要多大的内存？
实际分配的内存（内存对齐操作，为了CPU处理更高效）

为什么需要16字节对齐

cpu 读取数据是以固定字节块来读取的，这样就不需要频繁的变更每次读取的字节长度了，如果频繁的读取字节未对齐的数据，降低了cpu的性能和读取速度，这是一个用空间换取时间的做法。
更安全由于在一个对象中isa指针是占8个字节，如果不进行节对齐，对象之间就会紧挨着，容易造成访问混乱。16字节对齐，会预留部分空间，访问更安全

(id)calloc(1, size) 【开辟内存，返回地址指针】

此时执行po obj能打印出地址值，说明系统已经给他分配了一块内存地址，# 但是和平常见到的地址指针(<类名: 0x100726d00> )不一样，为什么呢？

obj没有和cls进行关联绑定
同时验证了calloc只是开辟了内存

Tips：函数malloc不能初始化所分配的内存空间，函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零。 malloc与calloc用来动态分配内存空间，而realloc则是对给定的指针所指向的内存空间进行扩大或者缩小。

obj->initInstanceIsa【初始化指针，和类关联起来】

进入initInstanceIsa

inline void 
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
    ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());

    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

现在isa指针初始化以后，我们再去打印objc，发现已经可以出现类名了，说明此时已和类进行了关联。

new的作用:

我们知道，创建对象除了alloc，还有另外一种常见的方式，就是new方法，这里把new方法的实现贴出来：

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

其实new相当于alloc和init的组合。其缺点是，当我们调用new方法的时候，不会走自定义的init方法，而是直接走的NSObject的init，所以不建议开发时候使用。

结语

至此，我们的alloc探索也完成了。

总结：alloc的核心就是分配内存，而分配内存又包含三个关键操作：

分配多大的内存
进行分配
分配完之后，标记这块内存和类关联起来

OC对象原理（上）-Alloc的流程图&三个关键步骤

假设