iOS开发之alloc和init

我们先看代码，这些代码输出了什么，代表了什么意思，输出的内容是否相同？

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

输出内容：

通过输出结果，我们可以知道前两个内容相同，跟后面的&p1结果不相同，所以我们知道init并不会修改对象的内存空间。所以p1,p2,p3指向的是同一片内存空间。只是指针不通，所以&p不同。看下图：

查看源码下载 objc4-781

alloc流程分析：

①根据main函数中的alloc方法进入源码实现

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

②进入_objc_rootAlloc方法

id _Nullable
_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__ //有可用的编译器优化
    // 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. // 没有可用的编译器优化
    if (allocWithZone) {
        return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);
    }
    return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));
}

我们通过符号断点知道程序走到了这个方法_objc_rootAllocWithZone。

slowpath & fastpath

其中关于slowpath和fastpath这两个都是objc源码中定义的宏，其定义如下

//x很可能为真， fastpath 可以简称为 真值判断
#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1)) 
//x很可能为假，slowpath 可以简称为 假值判断
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))

其中的__builtin_expect指令是由gcc引入的，
1、目的：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。即性能优化
2、作用：允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器。
3、指令的写法为：__builtin_expect(EXP, N)。表示EXP==N的概率很大。
4、fastpath定义中__builtin_expect((x),1)表示x的值为真的可能性更大；即执行if里面语句的机会更大
5、slowpath定义中的__builtin_expect((x),0)表示x的值为假的可能性更大。即执行else里面语句的机会更大
6、在日常的开发中，也可以通过设置来优化编译器，达到性能优化的目的，设置的路径为：Build Setting --> Optimization Level --> Debug --> 将None改为fastest或者smallest
④进入_objc_rootAllocWithZone方法

id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone __unused)
    // allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
    //zone 参数不再使用 类创建实例内存空间
    return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
                                         OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
}

⑤进入_class_createInstanceFromZone方法

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()); //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);
}

这里有三个方法很重要

cls->instanceSize
calloc
initInstanceIsa

如下图：

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;
    }

这里有一个内存对齐的概念，即如果申请的内存小于16就取16。算法如下：

//16字节对齐算法
static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

calloc

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);

这里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法线，返回了一个16进制的地址。

在平常的开发中，一般一个对象的打印的格式都是类似于这样的<HKPerson: 0x01111111f>（是一个指针）。为什么这里不是呢？
1.主要是因为objc地址还没有与传入的cls进行关联，
2.同时印证了alloc的根本作用就是开辟内存

obj->initInstanceIsa：类与isa关联

主要过程就是初始化一个isa指针，并将isa指针指向申请的内存地址，在将指针与cls类进行关联。

总结：

alloc的主要作用就是开辟内存空间。

init 源码探索

说完了alloc,接下来我们讨论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

HKPerson *objc = [[HKPerson alloc] init];

接下来我们进入方法：

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

进入_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;
}

我们发现返回的是对象本身。

new 源码探索

一般在开发中，初始化除了init，还可以使用new，两者本质上并没有什么区别，以下是objc中new的源码实现，通过源码可以得知，new函数中直接调用了callAlloc函数（即alloc中分析的函数），且调用了init函数，所以可以得出new其实就等价于 [alloc init]的结论。
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部分。