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一、OC底层 alloc 原理

一、OC底层 alloc 原理

作者: 夏天的枫_ | 来源:发表于2020-09-07 01:05 被阅读0次

    alloc

    OC 是一门面向对象语言,对象的设计在iOS编程中用到很多,比如ObjectA * objectA = [[ObjectA alloc]init] ,这就是一个类or对象的基本创建方式。那不禁要问这个alloc在不为人知的背后做了什么呢?今天就来探索一下它
    首先,先观察这样一段代码,新建了一个书的类,然后创建它,打印它、以及它的地址

        Book * book1 = [Book alloc];
        Book * book2 = [book1 init];
        Book * book3 = [book1 init];
        
        NSLog(@"%@ - %p - %p",book1,book1,&book1);
        NSLog(@"%@ - %p - %p",book2,book2,&book2);
        NSLog(@"%@ - %p - %p",book3,book3,&book3);
    

    下面是打印结果

    <Book: 0x600003144690> - 0x600003144690 - 0x7ffeeb8db1b8
    <Book: 0x600003144690> - 0x600003144690 - 0x7ffeeb8db1b0
    <Book: 0x600003144690> - 0x600003144690 - 0x7ffeeb8db1a8
    

    可以看到book1,book2,book3它们打印出来的对象是一样的,并且地址也是相同的,唯独取地址符时,三个对象都有了不一样的地址。就代码可以窥见一二,前两个打印出相同结果,代表它们都指向了相同的内存空间,最后一个打印结果则是表示它们的实际内存地址,三个不同的地址指向了同一个内存空间。由此我们可以猜测alloc是申请了内存空间(实际是如此,我们在学习OC的时候,资料中已经说明,但却没有讲解究竟在底层做了什么),而init则是将内存空间的地址返回给指向它的对象,并未对内存空间做出修改。下面是简单示意图:

    其中,一个对象占8个字节,系统会为指向内存空间的对象分配相近的指针地址,且其地址为连续栈地址,按十六进制计算 ,a8 + 8 = b0,b0 + 8 = b8

    alloc开辟内存空间?

    由上面的试验我们初步猜测alloc是在做着申请开辟内存空间的事,那我们就要去代码底层一探究竟,当我们想要查看alloc定义的时候,苹果却没有让我们继续的入口,它只是简单给出了这样一个定义+ (instancetype)alloc OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use object initializers instead");
    我们可以通过这样的两个方式

    • 1.查看苹果关于objc的开源,下载一个相应的版本即可研究它;
    • 2.在对象创建时,给alloc这一行下一个端点,按住键盘control+断点调试栏的Step into按钮,则会进入一个新的界面。
      更深一步查看alloc
      会出现类似以下的信息
    xxproject`objc_alloc:
    ->  0x10e747476 <+0>: jmpq   *0x2b9c(%rip)             ; (void *)0x000000010e7474cc
    

    objc_alloc就是我们需要继续探索的地方。
    为了方便分析,还是下载苹果对应的源代码 781,并对其进行工程编译,参考这里,在工程代码中搜索objc_alloc,找到NSObject下,会出现

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

    进入callAlloc,就会出现下面的代码

    // 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));
    }
    

    _objc_rootAllocWithZone继续走会出现

    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);
    }
    

    继续往下面走就来到了_class_createInstanceFromZone的实现

    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)
    {
        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;
        //  计算开辟内存大小
        size = cls->instanceSize(extraBytes);
        if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
    
        id obj;
        if (zone) {
            obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
        } else {
            // alloc 开辟内存
            obj = (id)calloc(1, size);
        }
        if (slowpath(!obj)) {
            if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
                return _objc_callBadAllocHandler(cls);
            }
            return nil;
        }
    
        if (!zone && fast) {
            // 关联cls类和obj指针地址
            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);
    }
    

    由此得到了alloc的基本流程


    alloc执行流程

    总结下来,alloc的步骤有
    1.开辟多少内存
    2.开辟内存,返回指针
    3.关联相应类

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