前言
OC对象初始化时都要调用alloc方法，那么在底层，alloc方法又做了哪些来创建一个对象呢，今天就来探索alloc底层流程。
首先做一个小测试，对一个对象进行alloc和init操作，分别打印对象的内容，对象的地址以及对象指针的地址。代码和打印结果如下：
XQPerson *xq1 = [XQPerson alloc];
XQPerson *xq2 = [xq1 init];
XQPerson *xq3 = [xq1 init];
XQPerson *xq4 = [XQPerson alloc];
NSLog(@"%@-%p-%p",xq1,xq1,&xq1);
NSLog(@"%@-%p-%p",xq2,xq2,&xq2);
NSLog(@"%@-%p-%p",xq3,xq3,&xq3);
NSLog(@"%@-%p-%p",xq4,xq4,&xq4);
****************** 打印结果 ******************
2022-01-22 17:46:55.962006+0800 AllocDemo[7190:137926] <XQPerson: 0x1004084d0>-0x1004084d0-0x7ffeefbff478
2022-01-22 17:46:55.962547+0800 AllocDemo[7190:137926] <XQPerson: 0x1004084d0>-0x1004084d0-0x7ffeefbff470
2022-01-22 17:46:55.962599+0800 AllocDemo[7190:137926] <XQPerson: 0x1004084d0>-0x1004084d0-0x7ffeefbff468
2022-01-22 17:46:55.962634+0800 AllocDemo[7190:137926] <XQPerson: 0x100408520>-0x100408520-0x7ffeefbff460
分析打印结果可得出：
xq1,xq2,xq3的内容，对象的地址是一样的， 但是指针的地址不一样。 xq4和xq1,xq2,xq3的内容，对象的地址，指针都是不一样的。
由此可得出结论：
1.alloc开辟了内存，而init没有开辟内存。 2.栈区分配的内存是由高到低，堆区分配的内存地址是由低到高。
下面正式开始探索alloc方法到底做了什么
准备工作：
1.下载源码objc-818.2
2.编译源码objc4-750源码编译，仅供参考
探索流程如下：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
XQPerson *xq1 = [XQPerson alloc];
NSLog(@"%@",xq1);
}
return 0;
}
在XQPerson *xq1 = [XQPerson alloc处添加断点，程序运行到断点后，按住control + command + step into 进入alloc方法
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
继续按上面同样的操作，进入 _objc_rootAlloc
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
继续按上面同样的操作，进入 callAlloc
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));
}
断点在此方法中会执行到 _objc_rootAllocWithZone方法，继续按上面操作进入_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);
}
继续上面操作进入_class_createInstanceFromZone，这里是我们真正关心的核心代码了。
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 {
// 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);
}
通过实际调试发现对obj影响较大的核心方法有三个：
1.cls->instanceSize(extraBytes);：计算需要开辟的内存空间的大小
2.(id)calloc(1, size);向系统申请开辟内存，返回地址指针
3.obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor); 初始化isa,将开辟的内存空间通过isa关联到当前cls
下面重点分析这三个方法：
instanceSize：计算需要开辟的内存空间的大小
进入instanceSize
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;
}
继续上面操作进入fastInstanceSize(size_t extra)
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);
}
}
继续上面操作进入align16（16字节对齐）
static inline size_t align16(size_t x) {
return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}
探究下align16方法的具体实现，以align16(8)为例
x = 8;
(x + size(15)) & ~ size_t(15)
8 + 15 = 23 0001 0111
15 0000 1111
~15 1111 0000
23 & ~15 0001 0111
& 1111 0000
结果： 0001 0000 16
总结：align16算法实际上就是取16的整数倍。
为什么需要16字节对齐?
- 数据以字节对齐的方式存储，
cpu读取数据时以固定字节长度来读取就可以了，不用频繁变换读取字节长度，这是一种以空间换时间的做法。 - 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
calloc：向系统申请开辟内存，返回地址指针
instanceSize计算所需内存大小后， 向系统申请大小为size的内存空间并返回给obj
图中可以看出，执行calloc后地址发生了改变，说明系统给obj分配了内存空间，但是此时执行po没有打印出类的信息，说明calloc开辟了内存空间，但是并没有将obj和cls进行绑定
initInstanceIsa 初始化isa,将开辟的内存空间通过isa关联到当前cls
进入objc_object::initInstanceIsa
inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
进入objc_object::initIsa
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, UNUSED_WITHOUT_INDEXED_ISA_AND_DTOR_BIT bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
isa_t newisa(0);
if (!nonpointer) {
newisa.setClass(cls, this);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
# if ISA_HAS_CXX_DTOR_BIT
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
# endif
newisa.setClass(cls, this);
#endif
newisa.extra_rc = 1;
}
// This write must be performed in a single store in some cases
// (for example when realizing a class because other threads
// may simultaneously try to use the class).
// fixme use atomics here to guarantee single-store and to
// guarantee memory order w.r.t. the class index table
// ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
isa = newisa;
}
在obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor)之后po打印obj
发现此时指针和类以及关联起来了。
通过源码探索alloc方法流程图如下
总结： alloc 方法的核心作用是计算内存大小，分配内存空间并通过isa指针与类进行关联。
