alloc实现流程

每次创建对象的时候都会写 [[xx alloc] init] ，但是 alloc 和 init 都具体做了什么呢？通过查看和跟踪源码，了解了 alloc 的底层实现流程是什么样的。梳理了一下 alloc 实现大概流程是什么样。

alloc流程图

从流程图中能看出来 alloc 都做了那些内容:

• cls->instanceSize(extraBytes) : 计算该类内存所占大小
• calloc(1, size) : 开辟内存，返回地址指针
• obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor) : 地址指针绑定到相应的类(isa)

现把部分源码实现摘录出来

+ (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*/);
}

// 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));
}

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);
}

/***********************************************************************
* class_createInstance
* fixme
* Locking: none
*
* Note: this function has been carefully written so that the fastpath
* takes no branch.
**********************************************************************/
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;
   
     // 计算类所在内存大小 size 等于16字节(在没有属性的情况下)
    size = cls->instanceSize(extraBytes);
    if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;

    id obj;
    if (zone) {
         // 最初内存是根据 zone 开辟的 (大略在iOS8之前) MRC
        obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
    } else {
        // 这就是 alloc 开辟内存的地方，返回地址指针，这个阶段只是一个指针
        // void *calloc(size_t __count, size_t __size)
        //  count: 开辟个数  size：每个大小
        obj = (id)calloc(1, size);
    }
    if (slowpath(!obj)) {
        if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
            return _objc_callBadAllocHandler(cls);
        }
        return nil;
    }

    if (!zone && fast) {
        // 地址指针绑定到类上 - isa
        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);
}

相关方法的含义在源码中也有注释，层层剥离开以后，就要看看 cls->instanceSize(extraBytes) 是如何计算内存的

1.内存是如何计算的

#define FAST_CACHE_ALLOC_MASK         0x1ff8
#define FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16      0x0008

 size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
    {
        // extra = 0
        ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));
        
        if (__builtin_constant_p(extra) && extra == 0) {
            return _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK16;
        } else {
            // flags 标识位 isa 指针是否优化 size = 16
            size_t size = _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK;
            // remove the FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 that was added
            // by setFastInstanceSize
            // size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 = 16 - 0 - 8 = 8
            return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
        }
    }

• FAST_CACHE_ALLOC_MASK 和 FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 是掩码
• _flags 可以理解成标识位， isa 指针是否优化过

经过 & 运算以后 ，size 等于16字节，经过计算传入 函数 align16 参数是 8 字节 ，再看看方法 align16 做了什么

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

实现了一种16字节对齐的算法方式

16字节对齐.png

为什么要16字节对齐呢？早期苹果是8字节对齐，现在改成16字节对齐，首先 isa指针 占用8字节，要是以8字节对齐的方式，那么下面就会是其他类的 isa指针，假如出现了内存访问异常，就会出现类似 野指针 或是 僵尸对象 的问题。16字节对齐可以相对避免类似的问题，系统为类开辟内存空间大了，预留空间大了，自然这些异常也会减少。

系统查找或访问内存是以块的方式，加快访问速度。

8字节读取.png 16字节读取.png

总结一下：

• 对象占用大小 -> 8字节对齐
• 系统分配内存大小 -> 16字节对齐

2.地址指针是如何绑定到类的

之前 objc 为 nil ，开辟完内存就会返回地址指针

这个地址指针就是类 isa 指针

  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);
    }

inline void 
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
    ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());

    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
    ASSERT(!isTaggedPointer()); 
    
    if (!nonpointer) {
        isa = isa_t((uintptr_t)cls);
    } else {
        ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
        ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());

        isa_t newisa(0);

#if SUPPORT_INDEXED_ISA
        ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
        newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
        // isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
        // isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        // isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
        // isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif

        // This write must be performed in a single store in some cases
        // (for example when realizing a class because other threads
        // may simultaneously try to use the class).
        // fixme use atomics here to guarantee single-store and to
        // guarantee memory order w.r.t. the class index table
        // ...but not too atomic because we don't want to hurt instantiation
        isa = newisa;
    }
}

可以看到内部 isa 初始化操作，返回 isa 。

init 又做了什么呢？

- (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;
}

这波操作很666，直接返回 self 。交给子类自己去重写 init 方法。可以看出：

• 工厂设计模式的应用体现
• OC语言特性之一，多态特性

new 是不是 alloc 和 init 的一个综合体呢？

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

果不其然呀，callAlloc 是 alloc 底层方法，init 就是返回自己。

以上就是对 alloc 和 init 的源码理解。