1.二刷之探索alloc

1.準(zhǔn)備工作

  • 我的運(yùn)行環(huán)境
    • macOS 13.1
    • M1 芯片
    • Xcode 14.0.1
  • 首先準(zhǔn)備好一份源碼，鏈接地址：https://github.com/LGCooci/KCObjc4_debug ，我使用的是 objc4-866.9，初次運(yùn)行報(bào)錯(cuò)如下：
image.png

__dyld_get_dlopen_image_header 和__dyld_objc_register_callbacks報(bào)錯(cuò)。
解決辦法：分別搜一下這兩個(gè)方法改成如下

image.png
image.png

clean一下，再運(yùn)行就成功了。不過偶爾也報(bào)錯(cuò)，但是再clean一次就可以了。

2.從alloc入手

 LGPerson *p = [LGPerson alloc];
 LGPerson * p1 = [p init];
 LGPerson * p2 = [p init];
 NSLog(@"對象p：%@，p的指針：%p",p,&p);
 NSLog(@"對象p1：%@，p1的指針：%p",p1,&p1);
 NSLog(@"對象p2：%@，p2的指針：%p",p2,&p2);

輸出：

對象p ：<LGPerson: 0x600000c0c000>，p的指針： 0x30410b230
對象p1：<LGPerson: 0x600000c0c000>，p1的指針：0x30410b220
對象p2：<LGPerson: 0x600000c0c000>，p2的指針：0x30410b228

從輸出來看p，p1，p2指向的是一個(gè)對象，也就是同一片內(nèi)存，但是p，p1，p2本身是不同的。

image.png

alloc方法開辟了一塊內(nèi)存空間，下面的init方法相當(dāng)于又創(chuàng)建了幾個(gè)指針來指向這塊內(nèi)存。但是他們具體做了什么操作，需要進(jìn)一步的探究源碼，一探究竟。

3.探究源碼的方式

跟著KC學(xué)習(xí)到了探究源碼的三種方式。

  • 使用Control+Step Into進(jìn)行調(diào)試
  • 通過匯編查看調(diào)用流程
  • 通過已知符號(hào)來探索具體調(diào)用

通過這三種方式都可以找到最終的libobjc.A.dylib-objc_alloc

4.alloc的具體探究

打開我們準(zhǔn)備好的objc4-866.9，然后運(yùn)行代碼跟著流程和調(diào)用來看看一個(gè)alloc下面到底藏了多少方法。

4.1 alloc的實(shí)現(xiàn)方法

跟著源碼，點(diǎn)擊進(jìn)入到alloc的實(shí)現(xiàn)：

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

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

調(diào)用流程alloc->_objc_rootAlloc->callAlloc，而callAlloc的實(shí)現(xiàn)就相對比較復(fù)雜了。

// Call [cls alloc] or [cls allocWithZone:nil], with appropriate

// shortcutting optimizations.

static ALWAYS_INLINE id

callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)

{

    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;

    if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {

        return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);

    }


    // 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));
}

這里出現(xiàn)了幾個(gè)比較重要的判斷和方法：

1、slowpath和fastpath

這是宏定義

// 表示x的值為假的可能性更大
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))

// 表示x的值為真的可能性更大
#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))

__builtin_expect是GCC提供給程序員使用，目的是將“分支轉(zhuǎn)移”的信息提供給編譯器，這樣編譯器可以對代碼進(jìn)行優(yōu)化，以減少指令跳轉(zhuǎn)帶來的性能下降。

if (slowpath(checkNil && !cls))的意思就是cls大概率是有值的，告訴編譯器編譯時(shí)優(yōu)化掉這個(gè)部分，也就是nil這個(gè)部分幾乎不會(huì)走，那么就直接來到了判斷if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ()))的部分。

2、hasCustomAWZ

它的實(shí)現(xiàn)如下：

bool hasCustomAWZ() const {
    return !cache.getBit(FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ);
}

而FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ的描述是：

// class or superclass has default alloc/allocWithZone: implementation
// Note this is is stored in the metaclass.

#define FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ  (1<<14)

它是判斷這個(gè)類或者它的父類有沒有實(shí)現(xiàn)allocWithZone的，而方法hasCustomAWZ大概率全稱是hasCustomAllocWithZone后面AllocWithZone縮寫成了AWZ??。

而類本身是有懶加載的概念的，第一次給這個(gè)類發(fā)送消息之前，該類是沒有加載的，所以收到alloc消息的時(shí)候，那么allocWithZone是沒有默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的，所以hasCustomAWZ返回false，會(huì)走流程_objc_rootAllocWithZone

第一次進(jìn)到該方法：

image.png

而方法_objc_rootAllocWithZone的具體實(shí)現(xiàn)接著看下面。

3、_objc_rootAllocWithZone

id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, objc_zone_t zone __unused)
{
    // allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
    return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
                                         OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
}

調(diào)用了_class_createInstanceFromZone，這個(gè)方法就內(nèi)容挺長的還挺多的，下面來著重的看一下。

4.2 class_createInstanceFromZone方法開辟空間

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  • hasCxxCtor() 和 hasCxxDtor()

hasCxxCtor和hasCxxDtor是用來處理C++成員變量的構(gòu)造和析構(gòu)。

hasCxxCtor是判斷當(dāng)前class或者superclass是否有.cxx_construct的實(shí)現(xiàn)；

hasCxxDtor是判斷當(dāng)前class或者superclass是否有.cxx_destruct的實(shí)現(xiàn)。

// class or superclass has .cxx_construct/.cxx_destruct implementation
// FAST_CACHE_HAS_CXX_DTOR is chosen to alias with isa_t::has_cxx_dtor
#define FAST_CACHE_HAS_CXX_CTOR       (1<<1)

bool hasCxxCtor() {
    ASSERT(isRealized());
    return cache.getBit(FAST_CACHE_HAS_CXX_CTOR);
}
  • instanceSize()
//extraBytes 傳進(jìn)來是0
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.
    //至少16個(gè)字節(jié)！?。。。。。。。。。。。。。。。。。。?！
    if(size < 16) size = 16;
    return size;
}

uint32_t alignedInstanceSize() const {
    return word_align(unalignedInstanceSize());
}

static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
   return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

#ifdef __LP64__
#define WORD_SHIFT 3UL
#define WORD_MASK 7UL
#define WORD_BITS 64

#else
#define WORD_SHIFT 2UL
#define WORD_MASK 3UL
#define WORD_BITS 32
#endif

在調(diào)用方法instanceSize傳進(jìn)來的參數(shù)extraBytes是0；
hasFastInstanceSize在64位下才啟用；

alignedInstanceSize是對齊方式，根據(jù)代碼可以看到64位下是8字節(jié)對齊，32位下是4字節(jié)對齊，計(jì)算方式是對WORD_MASK取反，然后進(jìn)行與的操作。所以這個(gè)方法計(jì)算了需要開辟的空間大小。

我們回到方法_class_createInstanceFromZone中，zone這個(gè)值傳進(jìn)來的是nil，所以下面走的方法是 obj = (id)calloc(1, size);
而實(shí)際去開空間的操作是在calloc，它的具體實(shí)現(xiàn)在libmalloc中，它開辟了內(nèi)存空間，并且返回了一個(gè)指向該內(nèi)存地址的指針。

4.3 initInstanceIsa 將類和isa指針關(guān)聯(lián)

上面的instanceSize和calloc完成了空間的計(jì)算和開辟，接下來執(zhí)行來到

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);
 }

zone是nil，fast是是否可以創(chuàng)建Nonpointer的返回。會(huì)來到方法initInstanceIsa。

inline void
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
    ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

主要調(diào)用方法initIsa。

  • initIsa
inline void

objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, UNUSED_WITHOUT_INDEXED_ISA_AND_DTOR_BIT bool hasCxxDtor)
{ 
    isa_t newisa(0);
    // nonpointer:ture
    if (!nonpointer) {
        newisa.setClass(cls, this);
    } else {
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        newisa.setClass(cls, **this**);
        newisa.extra_rc = 1;
    }
    isa() = newisa;
}

從方法initInstanceIsa傳進(jìn)來的第二個(gè)參數(shù)nonpointer是ture，所以走流程 else。

SUPPORT_INDEXED_ISA不同的架構(gòu)下處理不同。64位下的直接走else的部分。走setClass。該方法關(guān)鍵代碼：

inline void
isa_t::setClass(Class newCls, UNUSED_WITHOUT_PTRAUTH objc_object *obj)
{
    shiftcls = (uintptr_t)newCls >> 3;
}

該方法其實(shí)就是初始化一個(gè)isa_t然后綁定指向給cls。至于右移3位，因?yàn)槭前俗止?jié)對齊，指針后三位是無用的0，0與上任何都是0，估計(jì)是為了省內(nèi)存減少消耗吧。

5. alloc的流程圖

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6. init 和 new

看過了上面alloc的流程，也簡單看一下我們常用的init還有new。

6.1 init

進(jìn)行斷點(diǎn)調(diào)試，我們找到方法_objc_rootInit

image.png

它的實(shí)現(xiàn)：

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;
}

嗯，傳進(jìn)來啥，返回啥??。

6.2 new

同樣的，new的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方法是objc_opt_new。它的實(shí)現(xiàn)：

id
objc_opt_new(Class cls)
{

    if (fastpath(cls && !cls->ISA()->hasCustomCore())) {
        return [callAlloc(cls, false/checkNil/) init];
    }
    return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(new));
}

關(guān)鍵代碼是[callAlloc(cls, false/checkNil/) init]，實(shí)際上也是調(diào)用的 [alloc init]。

7.總結(jié)

alloc的主要流程：

  1. 類沒有被加載進(jìn)來時(shí)，也就是沒有實(shí)現(xiàn)allocWithZone方法時(shí)，那么再發(fā)送一遍alloc消息，直到已經(jīng)allocWithZone了，確保已經(jīng)被加載進(jìn)來。
  2. 通過instanceSize計(jì)算需要的空間。
  3. calloc開辟實(shí)際的空間。
  4. initInstanceIsa將class與isa進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
  • init 本質(zhì)返回傳入的self對象
  • new 等價(jià)于alloc+init

關(guān)于(uintptr_t)newCls >> 3，到底為啥還是有點(diǎn)模糊，只是猜測是節(jié)約內(nèi)存，后面有新的發(fā)現(xiàn)再補(bǔ)充~

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