【iOS】alloc init new底层原理

目录

前言

alloc

alloc核心操作

cls->instanceSize(extraBytes)

calloc

obj->initInstanceIsa

init

类方法：

实例方法：

new

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前言

笔者最近在进行对OC语言源码的学习，学习源码的过程中经常会出现一些从来没有遇见过的函数，因此很难把整个过程理解清楚，这篇博客先简单梳理一下我现在理解的 alloc & init & new 的实现过程以及内存对齐原理

alloc

首先从main函数中找到WGPerson类的alloc方法的实现：

在这个方法中，调用了_objc_rootAlloc，跳转到该函数的实现：

这个方法中又调用了callAlloc函数，同样跳转到该函数的实现：

这个函数是runtime中分配对象的核心方法之一，用于决定走哪条路径调用alloc或allocWithZone:

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)

这两行是这个函数的定义部分，static说明这个函数只能在当前文件中使用，ALWAYS_INLINE表示这个函数应尽量内联，提高性能。

函数有三个参数，cls表示要分配内存的类，checkNil是一个bool变量，用于表明是否需要检查cls是否为nil，allocWithZone表示是否使用allocWithZone:方法。

函数内部实现里有三个判断，第一个判断是类是否为nil

#if __OBJC2__if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;

__OBJC2__表示仅在OC2.0环境下有效，<!--slowpath用于分支预测优化，提示这个条件大概率为假-->，checkNil && !cls 表示如果要求检查且cls是nil，就直接返回nil。

 if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);}
#endif

<!--fastpath与slowpath相对，也是用于分支预测优化的，它提示这个条件大概率为真。-->cls->ISA()用于获取类的元类，hasCustomAWZ()用于判断类是否重写了allocWithZone:这个方法，

进入条件语句后，_objc_rootAllocWithZone(cls， nil)是调用runtime的根分配方法 ，分配对象。

如果没有进入这条快路径，就只能走慢路径，发消息调用alloc/allocWithZone:

if (allocWithZone) {return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);}

objc_msgSend:是runtime的消息发送函数，cls和@selector(allocWithZone:)是这个函数的两个参数，这条语句前面的部分((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))是在对objc_msgSend:函数进行类型转换，把函数转换成了返回一个id，接收两个参数：id，SEL的函数，这样来正确调用alloc方法。

这条语句就相当于给类对象cls发送alloc消息，从而创建一个该类的实例对象。

最后一种情况是当allocWithZone为假时，正常调用 alloc走常规路径，objc_msgSend: 发送 alloc消息，等效于[cls alloc]

在这里我们对自定义类进行观察，会在这几个分支中走到_objc_rootAllocWithZone，接着我们跳转到_objc_rootAllocWithZone的实现。

再继续跳转到_class_createInstanceFromZone的源码实现，这个部分是alloc源码的核心操作，实现主要分为三个部分：

• 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

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 performancebool 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);
}

alloc核心操作

cls->instanceSize(extraBytes)

instanceSize(extraBytes)的实现如下：

instanceSize的调用过程如下：

这里自定义类最终走到fastInstanceSize

在fastInstanceSize中，最终调用的是align16这个函数，在834源码中使用是align16这个函数，在最新版xcode中会报红。

但是可以看到在906源码中其实也调用的是align16这个函数。这个函数的实现是一个16字节对齐算法。

这段算法的过程就是将原始的内存 与size_t(15)相加，得到一个数，将 size_t(15) 即 15进行~（取反）操作，再将 这个数 与 15的取反结果 进行 &（与）操作，最后的结果为 16的倍数，即内存的大小是以16的倍数增加的

原理是因为内存必须比数据大，内存对齐的结果只能大于实际数据大小，而不能比它小。将数字加15，使数字大于等于比数据大小要大的最小的那个16的倍数，在和末四位为0的数字进行与操作，抹去后四位，去掉余数，变成16的倍数。

为什么需要内存对齐？

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

calloc

calloc函数用于申请内存并返回地址指针。

obj = (id)calloc(1, size);

这一行代码就是在用计算出来的size获取地址指针obj，此时地址还没有与传入的cls进行关联。

obj->initInstanceIsa

这一步是在将类与isa关联。内存申请好后，将传入的类与已经申请好的内存进行关联，而关联的方式就是isa指针。关联的流程如下：

在执行完initInstanceIsa后，内存便与类关联了起来。

综上，alloc的核心操作就是三步：计算内存，申请内存，内存与类关联。

init

init有两种，一种是类的init，一种是对象的。

类方法：

+ (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实例方法会跳转到_objc_rootInit方法，来看看它的实现

可以发现，函数返回的是传入的self本身。

new

除了alloc与init，初始化还可以使用new方法

new其实就是调用了callAlloc函数（即alloc中分析的函数）以及init函数，因此就相当于[[ alloc] init]。

但是如果重写了init方法做一些自定义操作，这时会在这个方法中调用[super init]，这时不建议使用new进行初始化。