iOS alloc原理探究

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序言

在日常的iOS开发中，在创建对象时我们最常用的方法就是alloc、init、new，这几个方法是怎么开辟内存，创建对象的呢？
这里有一段代码，三个person变量，通过打印可以看出他们的指针和内存地址信息

LGPerson * person = [LGPerson alloc]; 
LGPerson * person1 = [person init];
LGPerson * person2 = [person init];
NSLog(@"person=%@ ** %p ** %p", person, person, &person);
NSLog(@"person1=%@ ** %p ** %p", person1, person1, &person1);
NSLog(@"person2=%@ ** %p ** %p", person2, person2, &person2);

通过打印输出

person=<LGPerson: 0x600002bc8040> ** 0x600002bc8040 ** 0x7ffee51f3c70
person1=<LGPerson: 0x600002bc8040> ** 0x600002bc8040 ** 0x7ffee51f3c68
erson2=<LGPerson: 0x600002bc8040> ** 0x600002bc8040 ** 0x7ffee51f3c60

通过打印信息可以看出，person和person1以及person2的指针变量是不同的，但是却指向了同一个内存地址，所以这里可以基本看出内存的申请开辟是在alloc方法实现，init方法只是生成对象，并没有对内存空间做任何处理。

这里就是本文重点探究，那么alloc是怎么开辟内存的，以及init方法是怎么处理的。

底层探索的方法

这里需要用到苹果开源代码去研究，附上链接（源码汇总、OC：objc4-818.2）

方法1：符号断点

在需要调试的地方加上断点，运行代码跑到断点处，点击step into在终端输入si快捷进入汇编界面，这里看到alloc的底层方法是objc_alloc，然后给这个方法添加符号断点

objc_alloc的底层代码实现就在libobjc.A.dylib库中。

方法2：汇编

xcode的管理栏处，从debug中找到Debug Workflow然后开启Always Show Disassembly，进入到汇编界面，看到这里的callq代码调用解释是objc_alloc方法

方法3：已知方法 符号断点

直接按照方法1，对我们要调试的方法alloc下符号断点，也是找到对应的libobjc.A.dylib库

alloc源码探索

下面跟着源码看底层是怎么具体实现alloc方法流程的

1. alloc 方法调用的是_objc_rootAlloc

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

2. 在_objc_rootAlloc中调用的是callAlloc方法

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

3.在callAlloc方法中，我们找到方法_objc_rootAllocWithZone

// Class: 开辟内存的类， checkNil ： false， allocWithZone： ture
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
#if __OBJC2__ // 是不是 objc2.0版本
    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));
}

4._objc_rootAllocWithZone的方法实现调用_class_createInstanceFromZone

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);
} 

5._class_createInstanceFromZone方法是alloc整个流程的关键方法，在这里真正开辟了内存

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); // 关键1：计算类开辟内存的大小
    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); // 关键2：申请内存
    }
    if (slowpath(!obj)) {
        if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
            return _objc_callBadAllocHandler(cls);
        }
        return nil;
    }

    if (!zone && fast) {
        obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor); // 关键3：关联当前类的isa
    } 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);
}

• 关键1：instanceSize计算开辟内存的大小
• 关键2：calloc开辟内存，返回地址指针
• 关键3：initInstanceIsa 初始化指针，和类关联起来

这里探索一下instanceSize方法，是怎么计算内存大小的

inline size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
        // 快速计算内存大小
        if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
            return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
        }
        //计算类中所有变量需要的内存大小 extraBytes额外字节数一般是0
        size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
        // CF requires all objects be at least 16 bytes.
        if (size < 16) size = 16;

        return size;
    }

fastInstanceSize方法

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);
        }
    }

align1616字节对齐方法

static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

// May be unaligned depending on class's ivars.
    uint32_t unalignedInstanceSize() const {
        ASSERT(isRealized());
        return data()->ro()->instanceSize;
    }

    // Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
    uint32_t alignedInstanceSize() const {
        return word_align(unalignedInstanceSize());
    }

这里根据alignedInstanceSize方法看出，size实际上就是ivars也就是属性以8字节对齐的大小。

alloc流程总结

根据流程图总结一下alloc的流程

init方法

关于init的底层处理，可以看源码中的两段代码

// init 方法
- (id)init {
    return _objc_rootInit(self);
}

id
_objc_rootInit(id obj)
{
    // In practice, it will be hard to rely on this function.
    // Many classes do not properly chain -init calls.
    return obj;
}

init方法返回的是对象本身，类似工厂模式，init方法的意义是可以扩展更多的初始化方法。

new方法

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

new方法的底层实现，其实就是调用alloc流程+init方法。

以上就是关于alloc和init以及new方法的底层原理探索，如有疑问或错误之处，请在评论区留言吧!!