本文源碼基于objc4-781, macOS 10.15.6, Xcode Version 11.7 (11E801a)

在開發(fā)過程中我們會(huì)經(jīng)常使用到 + alloc 和 - init 方法，但是一直沒有深入探究過。這部分代碼其實(shí)蘋果是開源的，我們可以直接通過源碼來探索他們的底層實(shí)現(xiàn)。

alloc 方法分析

id _objc_rootAlloc(Class cls)
└── static ALWAYS_INLINE id callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
    └── id _objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone __unused)
        └── static ALWAYS_INLINE id _class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone, bool cxxConstruct, size_t *outAllocatedSize)
            ├── size_t instanceSize(size_t extraBytes)
            ├── void    *calloc(size_t, size_t)
            └── inline void objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)

上面就是調(diào)用 + alloc 方法的調(diào)用棧，這里只展示了關(guān)鍵部分的代碼。

callAlloc

// Call [cls alloc] or [cls allocWithZone:nil], with appropriate 
// shortcutting optimizations.
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));
}

cls->ISA()->hasCustomAWZ(): 是否重寫了+ alloc 或 + allocWithZone 方法。

如果沒有重寫 + alloc 或 + allocWithZone 就會(huì)調(diào)用 _objc_rootAllocWithZone ，否則會(huì)執(zhí)行消息轉(zhuǎn)發(fā)流程。

• slowpath(x) 和 fastpath(x)

在條件判斷語句中如果使用了 fastpath(x)， 編譯器會(huì)將在它之后的代碼塊緊接著前面的代碼，而將slowpath(x)后的代碼塊放在更遠(yuǎn)的位置，這樣能夠減少讀取代碼是由于指令跳轉(zhuǎn)帶來的性能損耗。因此我們一般將大概率執(zhí)行的條件放在 fastpath(x)中。

_class_createInstanceFromZone

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)
{
    // 計(jì)算對(duì)象的大小
    size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
    // 開辟內(nèi)存
    id obj = (id)calloc(1, size);
    // 初始化cls信息
    obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);

    return obj;
}

上面代碼只寫出了關(guān)鍵部分，首先計(jì)算出對(duì)象需要開辟的內(nèi)存空間的大小，然后開辟內(nèi)存空間，此時(shí)開辟出來的內(nèi)存并沒有任何內(nèi)容，因此我們需要初始化isa 。

• 字節(jié)對(duì)齊：有一點(diǎn)需要注意的是為對(duì)象分配的內(nèi)存大小是 16bytes 對(duì)齊的， 且最小為 16btyes。在以前的版本中是 8bytes 字節(jié)對(duì)齊的。

但是在通過可調(diào)式的源碼跟蹤對(duì)象創(chuàng)建的過程，發(fā)現(xiàn)了我們調(diào)用 [Person alloc] 時(shí)，此時(shí)并不會(huì)直接執(zhí)行，而是先調(diào)用了 objc_alloc 方法， 方法實(shí)現(xiàn)如下：

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

file: Source/NSObject.mm line: 1726

上面的注釋是源碼中蘋果提供的，在調(diào)用alloc的方法時(shí)，確實(shí)會(huì)調(diào)用此方法。

接著調(diào)用callAlloc, 注意這里的第三個(gè)參數(shù)傳的是 false 。在callAlloc方法中，判斷條件!cls->ISA()->hasCustomAWZ()為 false 且 allocWithZone 也為 false，此時(shí)會(huì)執(zhí)行 return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc)); 進(jìn)入消息轉(zhuǎn)發(fā)流程。

在消息轉(zhuǎn)發(fā)的過程中會(huì)在查找當(dāng)前cls和它的父類是否有重新+ alloc 或 + allocWithZone: 方法，如果有重寫，那么 !cls->ISA()->hasCustomAWZ() 依然為 false， 否則此條件就為 true。

在消息轉(zhuǎn)發(fā)流程中，最后會(huì)執(zhí)行 +[NSObject alloc] 方法，這樣就回到我們最初探討的流程了。

這里我們來看一下 _objc_rootAlloc 方法的實(shí)現(xiàn)：

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

我們注意到這里第三個(gè)參數(shù)傳遞的是 true, 再次執(zhí)行 _objc_rootAlloc 方法，!cls->ISA()->hasCustomAWZ() 條件成立就會(huì)直接調(diào)用 _objc_rootAllocWithZone 方法， 如果不成立，接著往下執(zhí)行，此時(shí)的 allocWithZone 參數(shù)為 true 就會(huì)執(zhí)行 return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);, 開始 + allocWithZone: 的消息轉(zhuǎn)發(fā)流程。

最終會(huì)調(diào)用 +[NSObject allocWithZone:], 接著調(diào)用 _objc_rootAllocWithZone, 此時(shí)又回到了，我們開始分析的流程了。

總結(jié)： 在調(diào)用 + alloc 方法時(shí)， 底層實(shí)現(xiàn)并不是直接調(diào)用 + alloc 方法的，而是首先調(diào)用了 objc_alloc 方法，在對(duì)一個(gè)類第一次進(jìn)行初始化的時(shí)候 !cls->ISA()->hasCustomAWZ() 條件總是為 false, 然后進(jìn)入 alloc 的消息轉(zhuǎn)發(fā)流程， 同時(shí)查找當(dāng)前類和他的父類是否重寫了 + alloc 或 + allocWithZone: 方法，如果沒有找到那么 !cls->ISA()->hasCustomAWZ() 條件就會(huì)變?yōu)?true。 通過 +[NSObject alloc] 再次調(diào)用 callAlloc 方法，如果此時(shí) !cls->ISA()->hasCustomAWZ() 為 true 就會(huì)直接進(jìn)行初始化對(duì)象。
否則就會(huì)進(jìn)入+ allocWithZone: 的消息轉(zhuǎn)發(fā)流程，最終通過 +[NSObject allocWithZone] 進(jìn)行對(duì)象的創(chuàng)建。

筆者認(rèn)為蘋果這樣做是為了進(jìn)行性能優(yōu)化，在開發(fā)的過程中+ alloc 可能是我們調(diào)用最多的方法之一，如果一個(gè)類沒有重寫+ alloc 和 + allocWithZone: 方法，實(shí)際上它就沒有必要進(jìn)入消息轉(zhuǎn)發(fā)流程，可以直接進(jìn)行對(duì)象的內(nèi)存空間開辟，這樣做避免了消息轉(zhuǎn)發(fā)帶來的性能損耗。

init 方法分析

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

id
_objc_rootInit(id obj)
{
    return obj;
}

init 方法實(shí)現(xiàn)就相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單，直接將self返回。這樣做的目的實(shí)際上就是為子類提供一個(gè)工廠方法，讓子類 做自定義的初始化操作。