iOS底层原理 01 : alloc&init

探索底层的准备工作

你需要一份可编辑的objc4-781源码，传送地址:objc4-781源码 或者Cooci-objc4_debug

当然你也可以自己弄一份，参考文章 objc4-781 源码编译 & 调试

alloc的底层调用

1. alloc 会调用_objc_rootAlloc

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

2._objc_rootAlloc会调用callAlloc(cls, false, true);

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

3.预编译阶段，fastpath() 告诉编译器大概率会执行下面的过程，即:_objc_rootAllocWithZone(cls, nil)

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));
}

4.接下来执行_class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC)

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._class_createInstanceFromZone这里是具体干的事情

1.需要开辟多少空间 size = cls->instanceSize(extraBytes);
2.申请内存空间 obj = (id)calloc(1, size)
3.创建isa指针并与自身关联 obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
4.返回指向该段内存地址的指针 if (fastpath(!hasCxxCtor)) {return obj;}

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:要开辟多少内存
  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;怎么去申请内存
      obj = (id)calloc(1, size);
  }
  if (slowpath(!obj)) {
      if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
          return _objc_callBadAllocHandler(cls);
      }
      return nil;
  }

  // 3: 将这段内存空间与isa关联 
  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);
  }
  // 4: 返回指向该段内存地址的指针
  if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
      return obj;
  }

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

alloc流程图

alloc流程图

init底层调用

返回self

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

new的底层调用

1.[callAlloc(self, false) init]其实就是 [[XXX alloc]init]
2. 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初始化无法走到重写init的自定义的部分，因为new是直接调用底层的C函数去实现的。

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

面试题

1.分析以下代打印的结果

LGPerson *p1 = [LGPerson alloc];
LGPerson *p2 = [p1 init];
LGPerson *p3 = [p1 init];
LGNSLog(@"%@ - %p - %p",p1,p1,&p1);
NSLog(@"%@ - %p - %p",p2,p2,&p2);
NSLog(@"%@ - %p - %p",p3,p3,&p3);

打印的结果:

结果

分析:
1.首先p1=p2=p3 ，是同一个对象，占据同一段内存空间,所依打印出来的地址相同
2. &p1 &p2 &p3 但是指向同一段内存空间的指针是不同的，所以 &p1 &p2 &p3不同

分析图.png

2.一个OC对象，至少占用多少内存空间？

回答这个问题，我们需要回到alloc的流程，看看cls->instanceSize(extraBytes)具体算法实现。

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;
    }

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);
        }
    }

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

1.最终追溯到align16(size_t x),16位对齐，我们把x=8代入，return 16
2.所以一个OC对象至少占用16byte的内存空间。

为什么需要16字节对齐?
1. 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
2.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
3.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。

验证：

#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
    // 获取实际分配内存大小，最终分配的大小，16 字节
    NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
    LGPerson  *p4 = [[LGPerson alloc]init];
    NSString *name = @"guanhua";
    size_t mSize = malloc_size((__bridge const void *)obj);
    LGNSLog(@"mSize malloc Size:%zd",mSize);
    size_t p4Size = malloc_size((__bridge const void *)p4);
    LGNSLog(@"p4Size malloc Size:%zd",p4Size);

打印结果:

打印结果.png