OC对象底层内存开辟和实现(上)

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1、alloc、init、new会有什么区别，可以说 alloc 和 init 贯穿我们整个的开发过程中。那么在OC对象的底层，到底做了哪些操作呢？今天我们来梳理一下底层的工作流程。

在xcode中创建工程来打印一下对象地址和指针本身地址，代码如下：

Car *c1 = [Car alloc];
Car *c2 = [c1 init];
Car *c3 = [c1 init];
Car *c4 = [Car new];

NSLog(@"\n%@--->%p-%p",c1,c1,&c1);
NSLog(@"\n%@--->%p-%p",c2,c2,&c2);
NSLog(@"\n%@--->%p-%p",c3,c3,&c3);
NSLog(@"\n%@--->%p-%p",c4,c4,&c4);

输出结果如下：

<Car: 0x6000012d4670>--->0x6000012d4670-0x7ffeec5fc008
<Car: 0x6000012d4670>--->0x6000012d4670-0x7ffeec5fc000
<Car: 0x6000012d4670>--->0x6000012d4670-0x7ffeec5fbff8
<Car: 0x6000012d4680>--->0x6000012d4680-0x7ffeec5fbff0

从打印结果来看 c1、c2、c3 对象的内存地址是一样的；c1、c2、c3 对象的指针地址（ &c1、&c2、&c3）是不同的；而c4对象的内存地址和指针地址和c1、c2、c3都不一样，说明new后属于拥有另一块内存空间的另一个对象了。

由此得出结论：

  • c1、c2、c3对象的指针地址是不同的, 但是他们都指向同一内存空间；
  • alloc 可以开辟内存空间，而 init不会再开辟内存空间；
  • c1、c2、c3对象的指针地址 &c1 > &c2 > &c3 > &new，说明栈区是由高到低连续开辟的；
  • c1 、c4对象的内存地址c1 < c4，说明堆区是由低到高开辟内存的。

图示如下：

WechatIMG191.jpeg

2、通过断点和汇编的方式查看alloc进行了哪些操作

第一、断点后 control+step into方式，查看执行过程

  • 在要执行的代码的地方打上断点，运行项目执行到断点位置，当断点断住的时候按住control键，然后step into 进入下一步，然后在汇编里面就可以看到执行的函数，具体流程如下图：

WechatIMG192.png

WechatIMG193.png

  • 此时我们可以看到函数执行了“objc_alloc”函数（并非我们想看到的的alloc函数），我们可以给这个方法添加符号断点，点击Continue program execution继续执行

WechatIMG194.png 小结： 我们可以看到，断点进入了libobjc.A.dylib中的objc_alloc函数，由此我们可以推断alloc方法的源码在libobjc.A.dylib库中。    

第二、直接通过汇编跟进调试方式，查看执行过程

  • 首先还是在要执行的代码的地方打上断点，然后在Xcode -> Debug -> Debug Workflow -> Always Show Disassembly 进入汇编跟进调试模式，可以根据汇编代码分析要执行的流程

WechatIMG197.png

WechatIMG195.png

  • 我们可以看到当前断点下面有行汇编代码callq 0x1056213c6; symbol stub for objc_alloc(callq是汇编指令，代表将要调用这个方法)，此时有两种操作方式：

1、添加一个objc_alloc符号断点, 点击Continue program execution继续执行，直接进入到了libobjc.A.dylib中的objc_alloc函数；

WechatIMG198.png

2、按住control键，然后step into 进入下一步（只不过最后进入objc_alloc函数后 还是同“第一种方式”，查看源码所在库）

WechatIMG196.png

WechatIMG193.png 此时还是需要打符号断点进行查看执行（同第一种方式）。

3、objc4源码分析

WechatIMG199.png

WechatIMG200.png 目前最新objc4版本为objc4-818.4，我们以最新版本为例分析。

  • 首先，打开之前编译好的 objc4-818源码项目，在KCObjcBuild 目录下创建LGPerson类，并在main函数中实现alloc创建实例(如图打上两个断点 后面会用到)。

image.png

  • 查看探索源码工程代码执行流程（非调试情况下），点击alloc执行Jump to Definition逐级跳转 alloc代码调用流程如下（画流程图展示）： image.png

问题来了：我们调试的时候明明调用了函数objc_alloc,此时整个代码流程并没有这个函数，为什么呢？

  • 我们在main函数中打上断点运行项目，代码执行来到断点处

image.png

  • 此时我们在分别在alloc和objc_alloc两个函数打上断点调试一下，执行main函数中代码，执行如下：

image.png

image.png

这个时候我们发现代码执行了objc_alloc，并没有执行alloc函数，验证了前面我们用汇编和断点调试的结论，确实执行了libobjc.A.dylib中的objc_alloc函数。

  • 我们继续执行下一步，在callAlloc函数中执行objc_msgSend消息发送来到了alloc函数中：

image.png image.png

经断点调试，执行objc_alloc后callAlloc确实走到了发送alloc消息这一行，也就是 [LGPerson alloc] -> objc_alloc -> callAlloc

  • 我们继续执行发现[LGPerson alloc] -> objc_alloc -> callAlloc -> alloc->_objc_rootAlloc->callAlloc->_objc_rootAllocWithZone>_class_createInstanceFromZone

image.png

  • 当前我们执行完 main.m中的27行实例p的alloc，断点会来到18行执行p1实例的alloc。

  • 继续执行断点，会发现执行流程变为：[LGPerson alloc] ->objc_alloc -> callAlloc -> _objc_rootAllocWithZone，不再走alloc函数流程。

image.png

image.png

image.png

我们继续执行，发现NSOject类第一次执行时，执行流程也为[NSOject alloc] ->objc_alloc -> callAlloc -> _objc_rootAllocWithZone，不再执行alloc函数。

4、此时我们会有几个问题？

1、LGPerson第一次alloc为什么会先执行objc_alloc,再执行alloc?

2、LGPerson第二次alloc为什么执行objc_alloc后,不再执行alloc?

3、NSOject第一次alloc为什么执行objc_alloc后,不再执行alloc?

4、init和new底层做了哪些操作?

下一章节来解答疑惑

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