歡迎閱讀iOS探索系列（按序閱讀食用效果更加）
寫在前面
OC作為一門萬物皆物件的語言，那麼對於物件建立、開闢記憶體的瞭解必不可少，本文就將探索一下alloc在底層的具體步驟
Cooci司機objc4-756.2除錯方案（Xcode11暫時無法斷點進原始碼）
一、探索方向
在原始碼中，我們可以通過Command+單擊/右擊->Jump to Defintion的方式進入alloc呼叫方法，脫離了原始碼我們又該如何知道它呼叫了什麼底層方法呢？
在物件建立的程式碼處下個斷點，等執行到斷點處使用以下方法：
- Control+Step into
- 符號斷點
- 選單欄Debug->Debug Workflow->Always Show Disassembly（始終顯示彙編程式碼）
這三種方法都能得出呼叫了objc_alloc方法
二、開始探索
//
// main.m
// FXTest
//
// Created by mac on 2019/12/19.
//
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import "FXPerson.h"
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSObject *object1 = [NSObject alloc];
FXPerson *object2 = [FXPerson alloc];
}
return 0;
}
複製程式碼不出意料，各位都能來到如下方法
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
複製程式碼_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
複製程式碼但是接下來的原始碼就會讓你頭暈目眩，不想看了
// 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];
}
複製程式碼本來看原始碼就枯燥，還有這麼多if-else邏輯岔路口，就會有很多人關閉了Xcode
看啥不好看原始碼，是嫌自己頭髮太旺盛嗎？
別急，我這裡已經幫你掉過頭發了（捋過思路了）
三、alloc原始碼流程
1.坑——objc_alloc、alloc傻傻分不清楚
這個坑無傷大雅，瞭解即可；可以簡單理解為
OC物件alloc->alloc
不知道你有沒有發現奇怪的一點，第二節探索方向中明明呼叫的是底層objc_alloc方法，為什麼在建立物件處跟進原始碼會來到alloc方法呢？
函式呼叫棧也略有問題
這個問題還與Xcode版本有關，Xcode11->objc_alloc，Xcode10->alloc，實在令人百思不得其解
對於這個問題，目前的說法是原始碼開源得不夠充分。以下這段程式碼雖然未呼叫到，但其邏輯也是耐人尋味。 大致猜測是這個方法等於交換單次的Method Swizzling（既然官方不開源，說明無關痛癢）
第一處：註釋告訴你會調起[cls alloc]
// Calls [cls alloc].
id
objc_alloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}
複製程式碼另一處：如果出問題就fixMessageRef（下斷點不會被呼叫）
2.alloc、_objc_rootAlloc方法
前面提及過的兩個方法
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
複製程式碼_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
複製程式碼3.callAlloc方法
// 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①if (slowpath(checkNil && !cls))判斷
fastpath(x)表示x很可能不為0，希望編譯器進行優化；slowpath(x)表示x很可能為0，希望編譯器進行優化——這裡表示cls大概率是有值的，編譯器可以不用每次都讀取 return nil 指令
②if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ()))判斷
hasCustomAWZ實際意義是hasCustomAllocWithZone——這裡表示有沒有alloc / allocWithZone的實現（只有不是繼承NSObject/NSProxy的類才為true）
③if (fastpath(cls->canAllocFast()))判斷
內部呼叫了bits.canAllocFast預設為false
④id obj = class_createInstance(cls, 0)
內部呼叫了_class_createInstanceFromZone(cls, extraBytes, nil)
這裡有個id obj，嘗試著控制檯列印一下
我們已經找到了我們想要的結果，接下來我們探索下_class_createInstanceFromZone方法是怎麼將obj建立出來的
4._class_createInstanceFromZone方法
/***********************************************************************
* class_createInstance
* fixme
* Locking: none
**********************************************************************/
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
bool hasCxxCtor = cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
size_t size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (!zone && fast) {
obj = (id)calloc(1, size);
if (!obj) return nil;
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①hasCxxCtor()
hasCxxCtor()是判斷當前class或者superclass是否有.cxx_construct 構造方法的實現
②hasCxxDtor()
hasCxxDtor()是判斷判斷當前class或者superclass是否有.cxx_destruct 析構方法的實現
③canAllocNonpointer()
anAllocNonpointer()是具體標記某個類是否支援優化的isa
④instanceSize()
instanceSize()獲取類的大小（傳入額外位元組的大小）
已知zone=false，fast=true，則(!zone && fast)=true
⑤calloc()
用來動態開闢記憶體，沒有具體實現程式碼，接下來的文章會講到malloc原始碼
⑥initInstanceIsa()
內部呼叫initIsa(cls, true, hasCxxDtor)初始化isa
這一步已經完成了初始化isa並開闢記憶體空間，那我們來看看
instanceSize做了什麼
5.位元組對齊
#ifdef __LP64__
# define WORD_SHIFT 3UL
# define WORD_MASK 7UL
# define WORD_BITS 64
#else
# define WORD_SHIFT 2UL
# define WORD_MASK 3UL
# define WORD_BITS 32
#endif
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
// May be unaligned depending on class's ivars.
uint32_t unalignedInstanceSize() {
assert(isRealized());
return data()->ro->instanceSize;
}
// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
uint32_t alignedInstanceSize() {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
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;
}
複製程式碼下面按呼叫順序講解
①size_t instanceSize(size_t extraBytes)
前面講過——獲取類的大小
②alignedInstanceSize()
獲取類所需要的記憶體大小
③unalignedInstanceSize()
data()->ro->instanceSize就是獲取這個類所有屬性記憶體的大小。這裡只有繼承NSObject的一個屬性isa——返回8位元組
④word_align
顧名思義，位元組對齊——64位系統下，物件大小採用8位元組對齊
⑤if (size < 16) size = 16
CoreFoundation需要所有物件之和至少是16位元組
6.位元組對齊演算法
假如： x = 9，已知WORD_MASK = 7
x + WORD_MASK = 9 + 7 = 16
WORD_MASK 二進位制 ：0000 0111 = 7 （4+2+1）
~WORD_MASK : 1111 1000
16二進位制為 : 0001 0000
1111 1000
0001 0000
---------------
0001 0000 = 16
所以 x = 16 也就是 8的倍數對齊，即 8 位元組對齊
複製程式碼總結：物件大小為16位元組，必定是8的倍數
這裡有個疑問：為什麼要使用8位元組對齊演算法呢？
簡單畫了個示意圖，上邊是緊緊挨著，下面是8位元組為一格。如果cpu存資料的時候緊緊挨著，讀取的時候要不斷變化讀取長度，所以這時候就採用了空間換時間的做法
那為什麼是8位元組？不是4位元組或是16位元組？
——因為記憶體中8位元組的指標比較多
7.alloc實際流程圖
instanceSize計算記憶體大小——量房子
calloc申請開闢記憶體——造房子
initInstanceIsa指標關聯物件——房子寫下名字
四、init & new
init什麼也不做，就是給開發者使用工廠設計模式提供一個介面
// Replaced by CF (throws an NSException)
+ (id)init {
return (id)self;
}
- (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;
}
複製程式碼補充：關於子類中if (self = [super init])為什麼要這麼寫——子類先繼承父類的屬性，再判斷是否為空，如若為空沒必要進行一系列操作了直接返回nil
new等於先呼叫alloc，再init
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
複製程式碼寫在後面
研究原始碼必然是枯燥的，但是面對原始碼不用害怕，一步步把它拆分開來研究，多利用官方給的註釋/Github大神的註釋，慢慢也就啃下來了。
看別人學習津津有味，不如自己上手實際玩一下會更有收穫；只看不練永遠學不會，或許你學的正是別人錯誤的理論呢