iOS底層原理 01 : alloc&init

探索底層的準備工作

你需要一份可編輯的objc4-781源碼,傳送地址:objc4-781源碼 或者Cooci-objc4_debug

當然你也可以自己弄一份,參考文章 objc4-781 源碼編譯 & 調試

alloc的底層調用

1. alloc 會調用_objc_rootAlloc
+ (id)alloc {
  return _objc_rootAlloc(self);
}
2._objc_rootAlloc會調用callAlloc(cls, false, true);
id _objc_rootAlloc(Class cls)
{
  return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}

3.預編譯階段,fastpath() 告訴編譯器大概率會執行下面的過程,即:_objc_rootAllocWithZone(cls, nil)

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));
}

4.接下來執行_class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC)
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);
}
5._class_createInstanceFromZone這里是具體干的事情

1.需要開辟多少空間 size = cls->instanceSize(extraBytes);
2.申請內存空間 obj = (id)calloc(1, size)
3.創建isa指針并與自身關聯 obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
4.返回指向該段內存地址的指針 if (fastpath(!hasCxxCtor)) {return obj;}

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;
  // 1:要開辟多少內存
  size = cls->instanceSize(extraBytes);
  if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;

  id obj;
  if (zone) {
      obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
  } else {
      // 2;怎么去申請內存
      obj = (id)calloc(1, size);
  }
  if (slowpath(!obj)) {
      if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
          return _objc_callBadAllocHandler(cls);
      }
      return nil;
  }

  // 3: 將這段內存空間與isa關聯 
  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);
  }
  // 4: 返回指向該段內存地址的指針
  if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
      return obj;
  }

  construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
  return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}

alloc流程圖

alloc流程圖

init底層調用

返回self

+ (id)init {
    return (id)self;
}

new的底層調用

1.[callAlloc(self, false) init]其實就是 [[XXX alloc]init]
2. 但是一般開發中并不建議使用new,主要是因為有時會重寫init方法做一些自定義的操作,用new初始化無法走到重寫init的自定義的部分,因為new是直接調用底層的C函數去實現的。

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

面試題

1.分析以下代打印的結果
LGPerson *p1 = [LGPerson alloc];
LGPerson *p2 = [p1 init];
LGPerson *p3 = [p1 init];
LGNSLog(@"%@ - %p - %p",p1,p1,&p1);
NSLog(@"%@ - %p - %p",p2,p2,&p2);
NSLog(@"%@ - %p - %p",p3,p3,&p3);

打印的結果:


結果

分析:
1.首先p1=p2=p3 ,是同一個對象,占據同一段內存空間,所依打印出來的地址相同
2. &p1 &p2 &p3 但是指向同一段內存空間的指針是不同的,所以 &p1 &p2 &p3不同

分析圖.png
2.一個OC對象,至少占用多少內存空間?

回答這個問題,我們需要回到alloc的流程,看看cls->instanceSize(extraBytes)具體算法實現。

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;
    }

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);
        }
    }

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

1.最終追溯到align16(size_t x),16位對齊,我們把x=8代入,return 16
2.所以一個OC對象至少占用16byte的內存空間。

為什么需要16字節對齊?
1. 通常內存是由一個個字節組成的,cpu在存取數據時,并不是以字節為單位存儲,而是以塊為單位存取,塊的大小為內存存取力度。頻繁存取字節未對齊的數據,會極大降低cpu的性能,所以可以通過減少存取次數來降低cpu的開銷
2.由于在一個對象中,第一個屬性isa占8字節,當然一個對象肯定還有其他屬性,當無屬性時,會預留8字節,即16字節對齊,如果不預留,相當于這個對象的isa和其他對象的isa緊挨著,容易造成訪問混亂
3.可以加快CPU讀取速度,同時使訪問更安全,不會產生訪問混亂的情況。

驗證:

#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
    // 獲取實際分配內存大小,最終分配的大小,16 字節
    NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
    LGPerson  *p4 = [[LGPerson alloc]init];
    NSString *name = @"guanhua";
    size_t mSize = malloc_size((__bridge const void *)obj);
    LGNSLog(@"mSize malloc Size:%zd",mSize);
    size_t p4Size = malloc_size((__bridge const void *)p4);
    LGNSLog(@"p4Size malloc Size:%zd",p4Size);

打印結果:


打印結果.png
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