OC对象探究01：alloc、init和new

概述

现在进行对对象底层实现进行初步探究。以下代码基于继承自NSObject的Person类。以下分析基于objc4源码库，如需可点击连接获取。

对象的创建和地址分析

创建了三个对象，并分别打印它们的类型，指针指向的地址和指针地址

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

输出：

<Person: 0x600000d4c150> --- 0x600000d4c150 --- 0x7ffee4784e00
<Person: 0x600000d4c150> --- 0x600000d4c150 --- 0x7ffee4784df8
<Person: 0x600000d4c150> --- 0x600000d4c150 --- 0x7ffee4784df0

从上可以看出：Person类通过alloc开辟的地址为0x600000d4c150，p1,p2,p3指向了相同的一块地址，但是p1,p2,p3的地址不同，此时可以看出是在调用了alloc方法之后就开辟了内存空间并关联了相关指向。接下来进行分析alloc的内部实现。

内存指向.png

alloc 内部实现

首先看一下alloc的调用流程

alloc加载流程图.png

当我们调用alloc时，系统会首先调用NSObject的alloc方法，因为Person类是继承自NSObject的。以下是前面的调用流程：

alloc

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

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

callAlloc

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));
}
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);
}

首先判断是不是objc，如果是根据fastpath 进行判断，在源码中 fastpath 定义的是(__builtin_expect(bool(x), 1))，该指令是gcc引入的，作用是允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器。标准写法：__builtin_expect(EXP, N)。意思是：EXP==N的概率很大。在这里代码大概率的会走fastpath，从而调用_objc_rootAllocWithZone 方法，如果不是则调用objc_msgSend 进行消息转发。slowpath() 与 fastpath() 区别主要是进行了编译器优化，目的是为了对性能上的优化。
从代码可以看出调用alloc方法后的核心方法是_class_createInstanceFromZone，下面对该类进行主要分析。

_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)
{
    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;
    size = cls->instanceSize(extraBytes);
    if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
    id obj;
    if (zone) {
        obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
    } else {
        obj = (id)calloc(1, size);
    }
    if (slowpath(!obj)) {
        if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
            return _objc_callBadAllocHandler(cls);
        }
        return nil;
    }
    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);
    }
    if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
        return obj;
    }
    construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
    return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}

在该方法中进行了创建内存的相关操作，包括了:instanceSize计算内存大小，calloc 向系统申请内存空间以及initInstanceIsa将类与开辟的内存空间进行关联。

instanceSize

instanceSize.png

fastInstanceSize.png

在fastInstanceSize方法中通过由于extra传值过来为0因此计算size 使用_flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK进行位运算，而定义的 FAST_CACHE_ALLOC_MASK 0x1ff8 、FAST_CACHE_ALLOC_MASK16 0x0008 在这里涉及到了内存对齐，该部分在下一篇详细讲解。

calloc

void    *calloc(size_t __count, size_t __size) __result_use_check __alloc_size(1,2);

调用calloc向系统进行申请上面计算的大小的内存空间。

initInstanceIsa

initInstanceIsa.png

根据isa指针将内存地址和类进行关联。

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;
}

从调用的源码中可以看出 init 是一个构造方法返回了当前类对象，此时使用了工厂设计模式，目的是方便开发者对类进行一些操作。

new

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

可以看出使用new相当于调用了alloc 和 init方法，但是在日常开发中不建议使用，原因是使用new创建对象时，不会走重写的init方法，就不利于在init中进行对对象的操作。

拓展

调试命令'bt' :打印当前线程的堆栈信息
查看底层代码执行方式：使用断点；使用汇编查看并追踪流程；官网查看部分源码