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iOS 底层探究一:alloc

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在我们日常开发过程中,对象初始化应该是我们每个人经常遇到的,但是对象初始化过程中具体做了哪些事情,也许很多人不明所以,所以我们来探究一下对象初始化的过程。

首先,我们通过一个案例看一下

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我们创建了一个 LGPerson对象,对 p1alloc 操作,对 p2p3分别做 init 操作,然后分别打印 p1p2p3及它们的地址与指针的地址,然后我们可以看到p1p2p3的地址都一样,但是他们的指针地址却不一样。可以得出结论:

1.LGPerson 类在执行完 alloc方法之后就开辟了内存空间,有了指针的指向。 2.p2p3p1指向的内存相同,说明 init 方法没有对指针做操作。 3.在执行完init方法后我们通过对p1p2p3指针取地址打印,可以看到指针地址并不相同,且是以8个字节的间隔连续存储在栈空间。

现在我们想点进去看看 alloc 跟 init 方法的具体实现,我们可以看到都是只有声明没有实现。这里我们对  alloc 方法打断点,通过 Debug Workflow 生成汇编代码可以看到,这里调用的是 objc_alloc 方法。

allco 方法源码调用流程

我们知道底层调用的是objc_alloc方法,我们下载objc的开源库来看下具体的实现。

  1. [LGPerson alloc]

首先第一步在起始位置打上断点。

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  1. [NSObject alloc] 第二步我们看到来到了NSObject类的alloc方法,由于所有类都是继承于NSObject类。

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  1. objc_alloc

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这一步我们会遇到一些问题,因为第二步命名调用的是 _objc_rootAlloc 放到,但是这里却来到了 objc_alloc 方法里面。那么为什么会走到这里了呢?我们在如下代码中可以找到答案。

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  1. callAlloc

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这里可以看到在 1931 行有个判断,第一次调用的时候并没有走到 1932 行,而是在 1940 行对 cls 也就是 LGPerson 类发送了 alloc 方法。

  1. _objc_rootAlloc

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这里就会先进入 alloc 方法,然后调用 _objc_rootAlloc 方法。

  1. _objc_rootAllocWithZone

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现在就再次进入了 callAlloc 方法,这也是 callAlloc 方法调用两次的原因。这次会走到 1932 行,调用 _objc_rootAllocWithZone 方法。

  1. _class_createInstanceFromZone

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2936157-96719736e889edbf.png 在 _objc_rootAllocWithZone 方法之后会进入到  _class_createInstanceFromZone 方法,在这个方法里面我们着重关注几个地方,在 7977 行这个会计算出 LGPerson 类相应的内存大小;7984 行会在堆区开辟出 size 大小的内存空间;7994 会绑定 isa 与 LGPerson 类相关联, 并赋值了 hasCxxDtor c++ 相关的方法与函数;8002 行返回 obj 对象。

那么问题来了,是如何知道该开辟多大的内存空间呢?具体我们来看一下 instanceSize 方法。

**

inline size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
        // 如果有缓存会返回缓存的 size 大小
        if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
            return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
        }
        
        // 如果没有缓存,会通过 alignedInstanceSize() + extraBytes 这一步来计算 size 大小
        size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
        // CF requires all objects be at least 16 bytes.
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
    }
复制代码

通过 instanceSize 方法我们可以看到,如果有缓存会返回缓存的 size 大小, 如果没有就会通过 alignedInstanceSize() + extraBytes 这一步来计算 size 大小。开辟空间的大小与类的成员变量有关。继承于 NSObject 的类都会有一个 isa 成员变量。如果当前类没有其他成员变量,返回的 size 大小就是 isa 的大小8 字节。但是因为 8 自己小于 16 字节,根据字节对齐原则,最后返回的是 16 字节。

**

@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
复制代码

通过代码也可以看到,isa 是 Class 类型,objc_class 是一个结构体类型。isa 是结构体指针类型,所以是 8 个字节。objc_class 继承与最原始的类型 objc_object

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最后我们通过打印可以看到对象内存的首字节就 isa 及当前对象的内存情况。

allco 方法调用流程图

可以看到依次走入顺序

objc_alloc → callAlloc → objc_msgSend → alloc → _objc_rootAlloc → callAlloc→ _objc_rootAllocWithZone

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