2. 程式人生 > IOS開發 >iOS的OC物件建立的alloc原理

iOS的OC物件建立的alloc原理

阿新 • • 發佈：2020-06-24

前言

在OC開發中最基本的就是物件的建立，也就是用alloc和init方法來初始化物件，但是在我們日常開發中這個物件建立的最基本最簡單的操作我們只知道怎麼使用，並不知道里面的底層到底做了什麼，這就是這篇文章的以下需要介紹的alloc底層原理。

為了更好的介紹以下的內容定義了一個TestObject的類

@interface TestObject : NSObject

@end

#import "TestObject.h"

@implementation TestObject

+ (void)initialize
{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+(instancetype)allocWithZone:(struct _NSzone *)zone{
    NSLog(@"%s"
 
,__func__);
    return [super allocWithZone:zone];
}
@end

複製程式碼

在介紹之前先來一個簡單的例子

    TestObject *test = [TestObject alloc];
    TestObject *test1 = [test init];
    TestObject *test2 = [test1 init];
    NSLog(@"=========輸出結果============");
    NSLog(@"%@---%p",test,&test);
    NSLog(@"%@---%p",test
 
1,&test1);
    NSLog(@"%@---%p",test2,&test2);
    
    =========輸出結果============
2020-04-28 09:45:04.657448+0800 AllocDemo[3448:65473] <TestObject: 0x600002dfdf70>---0x7ffee4081188
2020-04-28 09:45:04.657608+0800 AllocDemo[3448:65473] <TestObject: 0x600002dfdf70>---0x7ffee4081180
2020-04-28 09:45:04.657769+0800 AllocDemo[3448:65473] <TestObject: 0x600002dfdf70>---0x7ffee4081178
複製程式碼

從例子可以看到，這三個是同一個物件，但是指標的地址是不同的，那麼問題來了，為什麼這三個物件地址是一樣的？alloc和init底層到底做了什麼？

1.通過彙編來對alloc的探索

1.可以在Xcode上的Debug->Debug Workflow->Always show Disassembly，如圖：

Xcode開啟彙編
當然，這種方式是對整個專案對全域性操作的，那麼就在需要用到的時候，先打斷點，然後再開啟。

2.配合系統斷點的形式來就可以一步一步看到alloc底層的每一步的流程。通過這樣的方式可以找到alloc的底層的入口,是objc_alloc底層方法

alloc的入口
通過系統的斷點，知道objc_alloc方法是在libobjc.A.dylib的庫裡面,並且它的下一步是alloc方法。

objc_alloc的底層方法
雖然這種方式可以知道底層的流程走向。但是具體的各個函式的實現是不清楚的，並且這種方式也比較麻煩不直觀。

2.原始碼分析alloc底層

但是蘋果官方開源了這部分的原始碼，可以在蘋果原始碼列表找到objc4,在裡面下載，可以配合這個大佬的配置iOS_objc4-756.2 最新原始碼編譯除錯讓原始碼可以在Xcode上執行。接下來，我就是根據objc4-756.2的原始碼來進行探索的。

2.1 alloc的入口objc_alloc

通過上面的彙編可以知道objc_alloc是alloc的底層入口，但是我們通過原始碼的配置點選進去的話是會直接跳轉到

+ (id)alloc {
    return _objc_rootAlloc(self);
}
複製程式碼

這是一個類方法，這是為什麼呢？ 因為第一次alloc跑到objc_alloc這種是隻走一次，原因就是sel實現imp函式地址，在macho的符號繫結(繫結symbol)的sel_alloc找到可以找到objc_alloc

通過原始碼可以知道其中方法fixupMessageRef在正常的情況下不走，只有這個物件需要修復的時候才走，所以正常的情況下這個物件就是已經綁定了，所以在正常情況下打斷點是不會跑到這裡的。

所以通過原始碼將斷點打在objc_alloc方法上，進行下一步

2.2 callAlloc

// Call [cls alloc] or [cls allocWithZone:nil],with appropriate 
// shortcutting optimizations.
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls,bool checkNil,bool allocWithZone=false)
{
    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;

#if __OBJC2__
    if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
        // No alloc/allocWithZone implementation. Go straight to the allocator.
        // fixme store hasCustomAWZ in the non-meta class and 
        // add it to canAllocFast's summary
        if (fastpath(cls->canAllocFast())) {
            // No ctors,raw isa,etc. Go straight to the metal.
            bool dtor = cls->hasCxxDtor();
            id obj = (id)calloc(1,cls->bits.fastInstanceSize());
            if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
            obj->initInstanceIsa(cls,dtor);
            return obj;
        }
        else {
            // Has ctor or raw isa or something. Use the slower path.
            id obj = class_createInstance(cls,0);
            if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
            return obj;
        }
    }
#endif

    // No shortcuts available.
    if (allocWithZone) return [cls allocWithZone:nil];
    return [cls alloc];
}
複製程式碼

第一次進來是從objc_alloc裡面進來的，其中checkNil為true,allocWithZone為false，因為第一次進來fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())中的cls還沒有指標isa,所以為false，直接return [cls alloc],其中在呼叫了[cls alloc]方法會會觸發objc_msgSend呼叫initialize類方法，因為這個方法在第一次初始化該類之前會被呼叫。

所以第一次的流程是最外面的alloc-->objec_alloc-->callAlloc(Class cls,true,false)

#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x),1))
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x),0))
slowpath(bool)與fastpath(bool)：常用於if-else，可以優化判斷的速度。
應用gcc指令__builtin_expect(EXP,N),通過此指令優化編譯器在編譯時的程式碼佈局,減少指令跳轉帶來的效能消耗。
複製程式碼

2.3 alloc的第二次流程

通過第一次的callAlloc返回，根據斷點跳轉到了

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

// Base class implementation of +alloc. cls is not nil.
// Calls [cls allocWithZone:nil].
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls,false/*checkNil*/,true/*allocWithZone*/);
}
複製程式碼

此時會再次呼叫callAlloc方法，但是此時的引數checkNil為false，allocWithZone為true。因為之前呼叫了initialize類方法，此時的bits是有值了，直接進入到了if(fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ()))裡面。

2.3.1 hasCustomAWZ()方法的解析

    bool hasCustomAWZ() {
        return ! bits.hasDefaultAWZ();
    }
複製程式碼

hasCustomAWZ方法意思就是判斷是否實現自定義的allocWithZone方法，如果沒有實現就呼叫系統預設的allocWithZone方法。

因為fastpath(cls->canAllocFast())根據原始碼返回的永遠都是false

    bool canAllocFast() {
        assert(!isFuture());
        return bits.canAllocFast();
    }
#if FAST_ALLOC
    ·····
#else
    ····
    bool canAllocFast() {
        return false;
    }
#endif

#define FAST_ALLOC  (1UL<<2) 

複製程式碼

所以不會執行if裡面的程式碼塊，只會執行else裡面的程式碼塊

2.3.2 類中實現allocWithZone類方法對流程的影響

1.類沒有實現allocWithZone方法的時候是需要執行fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())判斷裡面的程式碼，最終是通過class_createInstance的返回

            id obj = class_createInstance(cls,0);
            if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
            return obj;
複製程式碼
id class_createInstance(Class cls,size_t extraBytes)
{
    return _class_createInstanceFromZone(cls,extraBytes,nil);
}
複製程式碼

所以這個的流程是：alloc->_objc_rootAlloc->callAlloc(cls,false,true)->class_createInstance->_class_createInstanceFromZone

2.類實現了allocWithZone方法的時候就不會執行fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())判斷裡面的程式碼，直接跑

    if (allocWithZone) return [cls allocWithZone:nil];
複製程式碼

並且這時候會執行類中實現的allocWithZone方法

2020-04-28 23:55:18.173680+0800 LGTest[2370:69449] +[TestObject allocWithZone:]
複製程式碼

通過斷點的形式得到的流程是： alloc->_objc_rootAlloc->callAlloc(cls,true)->allocWithZone->_objc_rootAllocWithZone->class_createInstance->_class_createInstanceFromZone

最終這兩種情況下都會執行到_class_createInstanceFromZone這個函式裡面。

2.3.4 _class_createInstanceFromZone方法

這個方法的原始碼

static __attribute__((always_inline)) 
id
_class_createInstanceFromZone(Class cls,size_t extraBytes,void *zone,bool cxxConstruct = true,size_t *outAllocatedSize = nil)
{
    if (!cls) return nil;

    assert(cls->isRealized());

    // Read class's info bits all at once for performance
    //判斷當前class或者superclass是否有.cxx_construct構造方法的實現
    bool hasCxxCtor = cls->hasCxxCtor();
    //判斷當前class或者superclass是否有.cxx——destruct析構方法的實現
    bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
    bool fast = cls->canAllocNonpointer();

    //通過進行記憶體對齊得到例項大小
    size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
    if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;

    id obj;
    if (!zone  &&  fast) {
        obj = (id)calloc(1,size);
        if (!obj) return nil;
        //初始化例項的isa指標
        obj->initInstanceIsa(cls,hasCxxDtor);
    } 
    else {
        if (zone) {
            obj = (id)malloc_zone_calloc ((malloc_zone_t *)zone,1,size);
        } else {
            obj = (id)calloc(1,size);
        }
        if (!obj) return nil;

        // Use raw pointer isa on the assumption that they might be 
        // doing something weird with the zone or RR.
        obj->initIsa(cls);
    }

    if (cxxConstruct && hasCxxCtor) {
        obj = _objc_constructOrFree(obj,cls);
    }

    return obj;
}
複製程式碼

下面是對_class_createInstanceFromZone的分析

1.cls->instanceSize(extraBytes)是進行記憶體對齊得到的例項大小,裡面的流程分別如下：

size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
    size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
    // CF requires all objects be at least 16 bytes.
    if (size < 16) size = 16;
    return size;
}
    
uint32_t alignedInstanceSize() {
    return word_align(unalignedInstanceSize());
}
    
uint32_t unalignedInstanceSize() {
    assert(isRealized());
    return data()->ro->instanceSize;
}
    
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
    return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}

#ifdef __LP64__
#   define WORD_MASK 7UL
#else
#   define WORD_MASK 3UL
#endif
複製程式碼

一開始進來的時候extraBytes為0的，因為當前的TestObject裡面是沒有屬性的，是不是覺得開闢的記憶體空間是0呢？並不是的，因為還有一個isa

@interface NSObject <NSObject> {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wobjc-interface-ivars"
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#pragma clang diagnostic pop
}
複製程式碼

通過流程可以知道在unalignedInstanceSize方法中得到編譯進去的例項的大小，因為isa是一個物件指標，所以這個的大小是一個8位元組。所以傳到word_align方法裡面的x為8。其中WORD_MASK在64位系統下是7，否則是3，因此，word_align()方法在64位系統下進行計算是8位元組對齊按照裡面的演演算法就是相當於8的倍數。返回到instanceSize()方法中的size就是物件需要的空間大小為8，因為裡面有小於16的返回16。

2.calloc函式是初始化所分配的記憶體空間的。

3.initInstanceIsa函式是初始化isa,關聯cls的，這部分內容後續會進行介紹。

2.4 init和new

1.介紹完alloc之後，init方法通過原始碼

- (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;
}
複製程式碼

其實就是返回它的本身的。

2.new的方法通過原始碼知道是 callAlloc方法和 init的方法的結合

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

3.最後

通過上面的流程得到了最終的alloc在底層的流程圖

alloc的流程圖

相關推薦

iOS的OC物件建立的alloc原理

前言 在OC開發中最基本的就是物件的建立，也就是用alloc和init方法來初始化物件，但是在我們日常開發中這個物件建立的最基本最簡單的操作我們只知道怎麼使用，並不知道里面的底層到底做了什麼，這就是這篇文章的以下

JVM物件建立和記憶體分配原理解析

建立物件 當 JVM 收到一個 new 指令時，會檢查指令中的引數在常量池是否有這個符號的引用，還會檢查該類是否已經被載入過了，如果沒有的話則要進行一次類載入。

Python面向物件之繼承原理與用法案例分析

本文例項講述了Python面向物件之繼承原理與用法。分享給大家供大家參考，具體如下：

JS自定義物件建立與簡單使用方法示例

本文例項講述了JS自定義物件建立與簡單使用方法。分享給大家供大家參考，具體如下：

JavaScript物件原型鏈原理解析

這篇文章主要介紹了JavaScript物件原型鏈原理解析,文中通過示例程式碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下

JavaScript物件原型鏈原理詳解

這篇文章主要介紹了JavaScript物件原型鏈原理詳解,文中通過示例程式碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下

Activiti流程引擎物件及配置原理解析

流程引擎物件和其配置物件都是activiti的核心物件 一、activiti的簡單使用流程 activiti在工作時，一般有以下幾個步驟:

Python3 shelve物件持久儲存原理詳解

1.shelve物件的持久儲存 不需要關係資料庫時，可以用shelve模組作為持久儲存Python物件的一個簡單的選擇。類似於字典，shelf按鍵訪問。值將被pickled並寫至由dbm建立和管理的資料庫。

Python引數傳遞物件的引用原理解析

大家都知道在python中，一切皆物件，變數也不再具有型別，變數僅僅是物件的一個引用，我們通常用變數來測型別，通常測得就是被這個變數引用得物件的型別。

從封裝變化的角度看設計模式——物件建立

封裝變化之物件建立 在物件建立的過程中，經常會出現的一個問題就是通過顯示地指定一個類來建立物件，從而導致緊耦合。這是因為建立物件時指定類名將使你受特定實現的約束而不是特定介面的約束。這會使未來的變化更加

Java物件建立模式

建立Java物件時，對於可為空的屬性，建立物件的時候有3種模式：重疊構造器模式、JavaBeans模式、Builder模式（推薦）、Stream模式（推薦）。

詳解Java的物件建立

1. 前言 在《還不清楚怎樣面向物件？》和《面向物件再探究》兩篇文章中，都介紹了關於面向物件程式設計的概念和特點。其中也涉及到了許多程式碼，比如：

Java Request（域物件+請求轉發+原理）詳解

Java Request詳解 request物件和respose物件的原理 request物件 request物件和response物件都是由伺服器建立的，我們是來使用他們

Java虛擬機器：Java物件建立和物件訪問

1.物件建立 Java是一門面向物件的語言，Java程式執行過程中無時無刻都有物件被創建出來。在語言層面上，建立物件（克隆、反序列化）就是一個new關鍵字而已，但是虛擬機器層面上卻不是如此。看一下在虛擬機器層面上建

Spring-IoC-DI-基於註解方式的依賴注入（案例一：簡單物件建立）

1.什麼是註解 （1）註解是程式碼特殊標記，格式：@註解名稱(屬性名稱=屬性值,屬性名稱=屬性值…)

javascript 面向物件-建立物件

沒有物件的要先去找物件哦 建立物件的方法 字面量 的方式建立物件 let p1 = { name: \'Iron man\',

AJAX XMLHttpRequest物件建立使用詳解

建立XMLHttpRequest物件 XMLHttpRequest是AJAX的基礎。 所有現代瀏覽器（IE7+、Firefox、Chrome、Safari以及Opera）均內建XMLHttpRequest物件。

Java虛擬機器（3）物件建立、記憶體區域及訪問定位

1. 物件的建立 當Java虛擬機器遇到一條位元組碼new指令時，就會開始虛擬機器中物件的建立：

Hibernate持久化物件生命週期原理解析

三態的基本概念 1， 臨時狀態（Transient）：也叫自由態，只存在於記憶體中，而在資料庫中沒有相應資料。用new建立的物件，它沒有持久化，沒有處於Session中，處於此狀態的物件叫臨時物件；

物件建立時程式碼的執行順序/靜態/非靜態程式碼塊

在建立派生類物件，建構函式的執行順序（）正確答案:A A 基類建構函式，派生類物件成員建構函式，派生類本身的建構函式