今天，我將幫你扯開alloc、init、new的這塊遮羞布。 讓你深入了解alloc、init、new。

前期準備

• 方法一：github直接下載我編譯好的objc4-781編譯包

• 方法二： 參考上一章 手動配置objc4-781編譯包

課前問題

打開objc4-781包,在HTTest文件夾中，創(chuàng)建HTPerson測試文件(繼承自NSObject),切換項目target為HTTest,在main.m文件中加入測試代碼。

image.png

%@ 打印對象 %p 打印地址 &p 指針地址

問題：

1. p1、p2、p3對象和地址打印都一致， 為何&p打印不一致
2. p4的地址為什么和p1、p2、p3都不一樣。

學完本章，你就徹底懂了

本節(jié)內容：

1. alloc流程
2. alloc核心函數
3. alloc的地位（init、new）

1. alloc流程

打開源碼工程，跟隨alloc函數，一步步深入。流程如下：

alloc流程.png

當出現(xiàn)分支時，我們可以添加斷點，輔助查看主流程是進入哪個分支。

不知道打斷點，可參考OC底層原理一：定位源碼（歡迎來到底層世界）內的三種斷點技巧。

在callAlloc處出現(xiàn)了分支。斷點后發(fā)現(xiàn)程序走向_objc_rootAllocWithZone分支，繼而進入_class_createInstanceFromZone函數。

image.png

關于fastpath和slowpath的作用，請移步OC底層原理四: 編譯器優(yōu)化

allocwithZone: 和alloc一樣，為對象分配足夠的內存， cocoa 會遍歷該對象所有的成員變量，通過成員變量的類型來計算所需占用的內存。從iOS8以后，Zone的外層API已被廢棄，僅底層源碼做兼容處理。

_class_createInstanceFromZone是最底層的包工頭。?? 終于找到真正干活的人了。它實現(xiàn)三大核心方法，然后將成品obj返回給外層。

_class_createInstanceFromZone核心方法.png

2.alloc核心函數

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;

    // 1. 計算開辟的內存大小
    size = cls->instanceSize(extraBytes);
    if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;

    id obj;
    if (zone) {
        obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
    } else {
      // 2. 申請內存空間
        obj = (id)calloc(1, size);
    }
    if (slowpath(!obj)) {
        if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
            return _objc_callBadAllocHandler(cls);
        }
        return nil;
    }

    if (!zone && fast) {
        // 初始化isa并與objc關聯(lián)
        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);
    }

    if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
        // 返回成品對象
        return obj;
    }

    construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
    return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}

• hasCxxCtor、hasCxxDtor、fast等 后續(xù)剖析isa會詳細講解

1. 計算內存大小: instanceSize

    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.
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
    }

if (size < 16) size = 16 ：做了小于16字節(jié)的判斷。
跟斷點，發(fā)現(xiàn)主流程進入cache.fastInstanceSize(extraBytes)：

 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);
        }
    }

繼續(xù)跟斷點，進入align16：

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

align16的實現(xiàn)，就是使用位運算算法完成16字節(jié)對齊。

算法(x + size_t(15)) & ~size_t(15)
以x=8為例，計算過程如下:

• 8 + size(15) = 23 二進制-> 0000 0000 0001 0111
• size_t(15) 二進制-> 0000 0000 0000 1111
• 取反~size_t(15) 二進制-> 1111 1111 1111 0000
• 求交 & :
  0000 0000 0001 0111 & 1111 1111 1111 0000 = 0000 0000 0001 0000
• 結果表示為十進制: 16

目的:

• 提高性能,加快存儲速度
  通常內存是由一個個字節(jié)組成，cpu在存儲數據時，是以固定字節(jié)塊為單位進行存取的。這是一個空間換時間的優(yōu)化方式，這樣不用考慮字節(jié)未對齊的數據，極大節(jié)省了計算資源，提升了存取速度。
• 更安全
  在一個對象中,isa占8字節(jié)，對象屬性也占8字節(jié)。蘋果公司現(xiàn)在采用16字節(jié)對齊，當對象無屬性是，會預留8字節(jié)，即16字節(jié)對齊。 如果不預留，CPU存取時以16字節(jié)為單位長度去訪問，會訪問到相鄰對象，造成訪問混亂。

執(zhí)行完后，回到上層函數size = cls->instanceSize(extraBytes)可打印size值。
此時已完成內存大小的計算。

image.png

2. 分配內存 calloc

根據size 大小進行內存分配

image.png

• 執(zhí)行前打印obj只有cls類名,執(zhí)行后打印，已成功申請內存首地址。

• 但并不是我們想象中的格式<HTPerson: 0x10069eff0>,這是因為這一步只是單純的完成內存申請，返回首地址。

• 類和地址的綁定是下一步initInstanceIsa的工作

3. initInstanceIsa

初始化isa，完成與類的綁定

obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);

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

    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

具體的isa結構和綁定關系，后續(xù)會作為單獨章節(jié)進行講解

在isainit之后加斷點，打印obj,此時發(fā)現(xiàn)地址與類完成綁定

image.png

總結： 至此，我們已對alloc有了完整的認知

3. alloc的地位（init、new）

可能你有疑問，alloc把活都干完了，init和new干啥？

init

進入init：

+ (id)init {
    return (id)self;
}

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

進入_objc_rootInit

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;
}

• 我們發(fā)現(xiàn)init的類方法和對象方法返回的都是id對象本身。
• 不同的是類方法返回了一個id類型的self，這是為了可以給開發(fā)者提供自定義構造方法的入口，通過id強轉類型實現(xiàn)工廠設計，返回我們定義的類型。

new

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

實際上就是完成調用了callAlloc，走的時alloc流程。

唯一區(qū)別:

• alloc + init允許對init進行重寫，可自定制init完成工廠設計
• new是完整封裝，無法在初始化這一步加入自定制需求

答案

image.png

• 問題1： p1、p2、p3對象和地址打印都一致， 為何&p打印不一致

alloc是真正開辟內存和綁定對象的，p1、p2、p3共用1個alloc，所以他們都是指向同一目的地址。但是他們本身也是對象，在init時傳入他們自身id，&p打印的是他們自身的地址。

通俗的說：
我有一個房子出售，A、B、C三個都是我員工，他們都領著客戶來看我這套房子。但是他們三個雖然都是我公司員工，但工號(id)不一樣。
如果客戶問他們房子在哪(等同于%@和%p打印)，他們都會告訴我房子的具體位置（三人說的一定相同）。
如果顧客問他們是誰(等同于打印&p),他們就會各自回答A、B、C。

• 問題2. p4的地址為什么和p1、p2、p3都不一樣。

因為p1、p2、p3是同一個alloc打印的，而p4是new出來的，new會單獨調用alloc。 所以他們打印肯定不一樣

下一節(jié)： OC底層原理五: NSObject的alloc分析