OC底层原理02 - alloc & init & new 源码

2020-11-22  本文已影响0人  H雷610

在分析alloc源码之前,先来观察下以下3个对象:

image

分别输出3个对象的 内容、指针地址、对象地址,下图是打印结果

image

通过打印可以看出,3个对象指向的是同一个内存空间,所以其内容对象地址是相同的,但是指针地址是不同的

所以接下来将探索,alloc做了什么?init做了什么?

alloc源码探究

alloc大致流程如下

image
  1. 首先根据main函数中的HLPerson类的alloc方法进入alloc方法的源码(即源码分析开始)
+ (id)alloc {
    return _objc_rootAlloc(self);
}
  1. 跳转至_objc_rootAlloc的源码
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
  1. 跳转至callAlloc的源码
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));
}

callAlloc方法里面可以看到if的判断条件,那么fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())都做了什么呢?fastpath又是什么呢?

#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0)) 

/*
编译器指令,允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器,让编译器在生成指令的时候,概率很高的分支指令不需要跳转,而概率低的分支指令需要经过跳转,从而使得大部分情况下都不需要经过跳转,提高执行效率.
(__builtin_expect(bool(x), 1)):表示bool(x)为真的可能性较大
(__builtin_expect(bool(x), 0)):表示bool(x)为假的可能性较大
*/
__builtin_expect(EXP, N)
  1. 跳转至_objc_rootAllocWithZone的源码
NEVER_INLINE
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);
}
  1. 跳转至_class_createInstanceFromZone的源码
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 {
        // alloc 开辟内存的地方
        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);
}

这部分是alloc源码的核心操作,该方法的实现主要分为三部分:

cls -> instanceSize:计算所需内存大小

    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;
    }

通过断点调试,会执行到cache.fastInstanceSize方法,计算内存大小。跳转至fastInstanceSize的源码

    size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
    {
        ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));

        if (__builtin_constant_p(extra) && extra == 0) {
            return _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK16;
        } else {
            size_t size = _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK;
            // remove the FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 that was added
            // by setFastInstanceSize
            return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
        }
    }

通过断点调试,会执行到align16

static inline size_t align16(size_t x) {
    return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}

内存字节对齐原则

为什么需要16字节对齐

字节对齐-总结

calloc:申请内存,返回地址指针

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);

obj -> initInstanceIsa:类与isa关联

经过calloc,内存已经申请好了,类也已经传入进来了,那么接下来就需要将地址指针isa指针进行关联

alloc总结:alloc的主要目的是开辟一段指定大小的内存空间,并将这段内存空间关联到对象的isa指针。

init 源码探索

通过代码进行探索init方法

HLPerson *p1 = [[HLPerson alloc] 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;
}

有此可见,返回的是传入的self本身

new 源码探索

在开发中,初始化除了init,还可以使用new,两者本质上其实并没有什么区别,以下是objcnew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[p1 new] 其实就等价于 [[p1 alloc] init]

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

tips: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,例如initWithXXX,会在这个方法中调用[super init],用new初始化可能会无法走到自定义的initWithXXX部分。

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