美文网首页
iOS - alloc & init & new 的源码实现

iOS - alloc & init & new 的源码实现

作者: Gumball_a45f | 来源:发表于2020-10-21 10:36 被阅读0次

我们先来看下下面的代码

    LGPerson *p1 = [LGPerson alloc];
    LGPerson *p2 = [p1 init];
    LGPerson *p3 = [p1 init];
    NSLog(@"%@ - %p",p1,&p1);
    NSLog(@"%@ - %p",p2,&p2);
    NSLog(@"%@ - %p",p3,&p3);
打印结果 image.png

从打印结果可以看出p1,p2,p3是同一个对象内存内存地址也相同,但他们的指针地址却不一样。

通过代码可以知道对象是通过alloc创建的,是不是alloc内部做了什么处理导致的?

接下来让我们进入alloc源码中,看看它是怎么实现的。
alloc源码探索的三种方式,知道源码所在库后,去下载objc4_781源码

1、alloc源码探索

探索前先来看下alloc源码实现的流程 alloc源码实现流程Png.png
  • 【1】找到源码中的alloc方法
+ (id)alloc {
    return _objc_rootAlloc(self);
}
  • 【2】进入_objc_rootAlloc方法
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
  • 【3】进入callAlloc方法
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
#if __OBJC2__ 
    
    // checkNil 为false,!cls 也为false ,所以slowpath 为 false,假值判断不会走到if里面,即不会返回nil
    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
    
    //判断一个类是否有自定义的 +allocWithZone 实现,没有则走到if里面的实现
    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));
}

在该方法中经过断点调试,可以知道是进入到了_objc_rootAllocWithZone,

扩展
objc源码中定义的两个宏fastpath和slowpath

#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))
  • __builtin_expect() 是 GCC (version >= 2.96)提供给程序员使用的,目的是将“分支转移”的信息提供给编译器,这样编译器可以对代码进行优化,以减少指令跳转带来的性能下降。
  • __builtin_expect((x),1)表示 x 的值为真的可能性更大;
  • __builtin_expect((x),0)表示 x 的值为假的可能性更大。
  • 也就是说,使用fastpath(),执行 if 后面的语句的机会更大,使用 slowpath(),执行 else 后面的语句的机会更大。通过这种方式,编译器在编译过程中,会将可能性更大的代码紧跟着前面的代码,从而减少指令跳转带来的性能上的下降。------来自文章fastpath slowpath
  • 【4】进入_objc_rootAllocWithZone方法
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】进入_class_createInstanceFromZone方法,此方法是alloc的核心实现
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)// alloc 源码 第五步
{
    ASSERT(cls->isRealized()); //检查是否已经实现

    // Read class's info bits all at once for performance
    //一次性读取类的位信息以提高性能
    bool hasCxxCtor = cxxConstruct && cls->hasCxxCtor();
    bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
    bool fast = cls->canAllocNonpointer();
    size_t size;

    //计算需要开辟的内存大小,传入的extraBytes 为 0
    size = cls->instanceSize(extraBytes);
    if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;

    id obj;
    if (zone) {
        obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
    } else {
        //申请内存
        obj = (id)calloc(1, size);
    }
    if (slowpath(!obj)) {
        if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
            return _objc_callBadAllocHandler(cls);
        }
        return nil;
    }

    if (!zone && fast) {
        //将 cls类 与 obj指针(即isa) 关联
        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)) {
        return obj;
    }
    construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
    return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}

该方法中主要做了三件事:

  • cls->instanceSize:计算需要开辟的内存空间大小
  • calloc:申请内存,返回地址指针
  • obj->initInstanceIsa:将 类 与 isa 关联
1、cls->instanceSize计算内存所需大小
  • 【1】进入instanceSize代码块中
size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
    //编译器快速计算内存大小
    if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
        return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
    }
    
    // 计算类中所有属性的大小 + 额外的字节数0
    size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
    // CF requires all objects be at least 16 bytes.
    //如果size 小于 16,最小取16
    if (size < 16) size = 16;
    return size;
}

经过断点调试进入cache.fastInstanceSize代码块中

  • 【2】进入fastInstanceSize 代码块中
size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
{
    ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));

    //Gcc的内建函数 __builtin_constant_p 用于判断一个值是否为编译时常数,如果参数EXP 的值是常数,函数返回 1,否则返回 0
    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
        //删除由setFastInstanceSize添加的FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 8个字节
        return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
    }
}

经过断点调试会执行align16

  • 【3】进入align16代码块中
//16字节对齐算法
static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

在align16中会实现16字节对齐算法

为什么要16字节对齐呢

  • 通常内存是由一个个字节组成的,cpu在存取数据时,并不是以字节为单位存储,而是以块为单位存取,块的大小为内存存取力度。频繁存取字节未对齐的数据,会极大降低cpu的性能,所以可以通过减少存取次数来降低cpu的开销
  • 16字节对齐,是由于在一个对象中,第一个属性isa占8字节,当然一个对象肯定还有其他属性,当无属性时,会预留8字节,即16字节对齐,如果不预留,相当于这个对象的isa和其他对象的isa紧挨着,容易造成访问混乱
  • 16字节对齐后,可以加快CPU读取速度,同时使访问更安全,不会产生访问混乱的情况
2、calloc:申请内存,返回地址指针
  • 通过instanceSize计算的内存大小,向内存中申请 大小 为 size的内存,并赋值给obj,因此 obj是指向内存地址的指针
obj = (id)calloc(1, size);

我们可以通过断点来印证上述的说法,在未执行calloc时,po obj为nil,执行后,再po obj,会返回了一个16进制的地址。

image.png

一般情况下打印对象的格式是对象指针,为什么这里是16进制?这就是我们下面要讲到的

3、obj->initInstanceIsa:将 isa 关联

为什么打印对象的格式不是指针

  • 主要是因为objc 地址 还没有与传入 的 cls进行关联,
  • 同时印证了 alloc的根本作用就是 开辟内存
  • 进入到initInstanceIsa方法
inline void 
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
    ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
    
    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

该方法主要就是初始化一个isa指针,并将isa指针指向申请的内存地址,在将指针cls类进行 关联

我们通过断点调试来印证上面的说法,在执行完initInstanceIsa后,在通过po obj可以得出一个对象指针

image.png
总结
  • 通过对alloc源码的分析,可以得知alloc的主要目的就是开辟内存,而且开辟的内存需要使用16字节对齐算法,现在开辟的内存的大小基本上都是16的整数倍
  • 开辟内存的核心步骤有3步:计算 -- 申请 -- 关联

2、init源码探索

init的源码实现就比较简单
类方法 init

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

这里的init是一个构造方法 ,是通过工厂设计(工厂方法模式),主要是用于给用户提供构造方法入口。这里能使用id强转的原因,主要还是因为内存字节对齐后,可以使用类型强转为你所需的类型

实例方法 init

- (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;
}

返回的就是传入的self本身。

3、new源码探索

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

通过源码可以得出new 其实就等价于 [alloc init]

但是一般开发中并不建议使用new,主要是因为有时会重写init方法做一些自定义的操作,用new初始化可能会无法走到自定义的initWithXXX部分。

相关文章

网友评论

      本文标题:iOS - alloc & init & new 的源码实现

      本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/cxbrmktx.html