前言

從一個對象的alloc開始，讓我們?nèi)隣C底層實現(xiàn)，去探索學(xué)習(xí)OC源碼。

    LWPerson * obj = [LWPerson alloc];
    LWPerson * obj1 = [obj init];
    LWPerson * obj2 = [obj init];
    
    LWPerson * newObj = [LWPerson alloc];
 
    NSLog(@"%@---%p--%p",obj,obj,&obj);
    NSLog(@"%@---%p--%p",obj1,obj1,&obj1);
    NSLog(@"%@---%p--%p",obj2,obj2,&obj2);
    NSLog(@"%@---%p--%p",newObj,newObj,&newObj);

    <LWPerson: 0x281404710>---0x281404710--0x16b5cdbe0
    <LWPerson: 0x281404710>---0x281404710--0x16b5cdbd8
    <LWPerson: 0x281404740>---0x281404740--0x16b5cdbd0

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初步總結(jié)

• alloc具有開辟一塊內(nèi)存的功能，而init 沒有開辟內(nèi)存的功能
• ps:棧區(qū) 開辟的內(nèi)存是高地址到低地址，堆區(qū)則是低地址到高地址(這里會延伸出一個奇怪的問題)

三種探索底層的方法

1. 符號斷點
2. 匯編 Xcode -> Debug -> Debug Workflow -> Always Show Disassembly
3. 斷點 step into

源碼

alloc

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

_objc_rootAlloc

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

callAlloc

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
#if __OBJC2__ //判斷是不是 objc2.0版本
    //slowpath(x):x很可能為假，為真的概率很小 
    //fastpath(x):x很可能為真 
    //其實將fastpath和slowpath去掉是完全不影響任何功能,寫上是告訴編譯器對代碼進行優(yōu)化
    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
    //判斷該類是否實現(xiàn)自自定義的 +allocWithZone，沒有則進入if條件句
    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));
}

_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);
}

zone參數(shù)被丟棄，開發(fā)者即使自定義allocWithZone方法也無法指定想使用的zone，對象所在zone實際上由libmalloc庫分配。

對象創(chuàng)建核心函數(shù)_class_createInstanceFromZone

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• cls->instanceSize: 對象所需內(nèi)存大小
• (id)calloc(1,size): 開辟內(nèi)存，返回地址指針
• obj->initInstanceIsa: 初始化isa指針，和類關(guān)聯(lián)起來
• 返回obj（如果有cxxCtor，會調(diào)用初始化）

debug

        NSObject *n =  [NSObject alloc];
        LGPerson *p0 = [LGPerson alloc];
        LGPerson *p1  = [LGPerson alloc];
        NSLog(@"測試一下");

在creatInstance函數(shù)處打了斷點，分別打印三次alloc的堆棧

NSObject的alloc

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流程：objc_alloc->callAloc->_objc_rootAllocWithZone->createInstance

LGPerson第一次alloc

截屏2021-07-05 下午10.47.45.png

流程：objc_alloc-> callAloc-> [NSObject alloc]-> _objc_rootAlloc->
callAlloc-> _objc_rootAllocWithZone->createInstance

LGPerson第二次alloc

截屏2021-07-05 下午10.48.41.png

流程：objc_alloc-> callAlloc-> _objc_rootAllocWithZone-> createInstance

幾個疑問

從函數(shù)棧看，[ SomeClass alloc]方法調(diào)用，都被轉(zhuǎn)化為objc_alloc函數(shù)調(diào)用，發(fā)生了什么，誰做的？

image.png

通過查看LLVM源碼，我們發(fā)現(xiàn)是編譯器把alloc消息發(fā)送，轉(zhuǎn)化了objc_init函數(shù)調(diào)用。至于為什么？
我的理解是這里可以看做是編譯器把alloc方法給hook了，在創(chuàng)建自定義類模板的第一個實例對象的時候，objc_alloc會再次發(fā)送alloc消息，調(diào)用alloc方法。其他時候objc_alloc函數(shù)調(diào)用會直接走到createInstane函數(shù)。對比第一次alloc，這顯然減少后續(xù)對象開辟內(nèi)存空間時的函數(shù)調(diào)用。

// Calls [cls alloc].
id
objc_alloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}

為什么自定義類的第一次alloc和第二次alloc的函數(shù)調(diào)用堆棧不同呢？

• debug調(diào)試看到hasCustomAWZ()返回值不同。我們第一次alloc多走了一段發(fā)送alloc消息的流程，在這個過程中我們的自定義類被實現(xiàn)，被初始化，setInitialized()函數(shù)中，cache的_flag成員關(guān)于是有CustomAWZ的標(biāo)記位被重新賦值。
• 除第一次外，后面alloc流程，自定義類如果沒有CustomAWZ，就會直接走_objc_rootAllocWithZone，不會再經(jīng)過消息發(fā)送，如果有就會發(fā)送allocWithZone:消息。
• 這也側(cè)面說明，為什么llvm會把alloc消息發(fā)送轉(zhuǎn)換成objc_alloc,它既保證了我們類在第一次接收消息時被初始化，也避免了頻繁的alloc消息發(fā)送，直接進去了對象空間開辟流程。
• 看到這里是不是很期待我們消息發(fā)送流程，以及它是如何觸發(fā)自定義類的初始化。

為什么NSObject的第一次alloc跟自定義類的不同，沒有走alloc方法調(diào)用呢？

這里不多說了，上圖

截屏2021-07-06 下午4.02.52.png

• 很顯然NSObject作為基類，在main函數(shù)之前，程序加載過程中，libobjc就被觸發(fā)了NSObject的initialize方法。這也是我們在main函數(shù)執(zhí)行[NSObject alloc]直接進入_objc_rootAllocWithZone的原因。
• 這里需要注意的一點是，NSObjcet類是有自定義awz的,看下面注釋，特殊處理了呀。

  // Special cases:
    // - NSObject AWZ  class methods are default.

• 看到這是不是對我們iOS程序的加載流程也很好奇了。

畫個alloc流程圖吧

截屏2021-07-06 下午6.08.40.png

總結(jié)：

• LLVM在編譯時把所有的alloc消息發(fā)送，轉(zhuǎn)化為objc_alloc()
• 自定義類的alloc流程，如果類沒有initialize，或者實現(xiàn)了customAWZ(都是customAWZ返回為true)，會觸發(fā)alloc消息發(fā)送，否則將會直接進_objc_rootAlloc
• 建議不要customAWZ，因為zone參數(shù)在底層實現(xiàn)是被丟棄的，實際分配zone不會被開發(fā)者決定(libMaolloc分配)，反而讓alloc調(diào)用流程變復(fù)雜。
• 下篇拓展下Align16，對齊

init

new