在分析alloc源碼之前，先來(lái)看看一下3個(gè)變量 內(nèi)存地址 和 指針地址 區(qū)別：
分別輸出3個(gè)對(duì)象的內(nèi)容伏恐、內(nèi)存地址亿傅、指針地址，下圖是打印結(jié)果
【結(jié)論】：通過(guò)上圖可以看出淤年，3個(gè)對(duì)象指向的是同一個(gè)內(nèi)存空間钧敞，所以其內(nèi)容 和 內(nèi)存地址是相同的，但是對(duì)象的指針地址是不同的
- %p -> &p1：是對(duì)象的
指針地址麸粮， - %p -> p1： 是對(duì)象指針指向的的
內(nèi)存地址
這就是本文需要探索的內(nèi)容溉苛，alloc做了什么？init做了什么弄诲？
準(zhǔn)備工作
- 下載 objc4-818 源碼
- 編譯源碼愚战，可參考iOS底層原理01：objc4-818 源碼編譯 & 調(diào)試
alloc 源碼探索
- 【第一步】首先根據(jù)
main函數(shù)中的HTPerson類(lèi)的alloc方法進(jìn)入alloc方法的源碼實(shí)現(xiàn)（即源碼分析開(kāi)始）
// alloc源碼分析-第一步
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
- 【第二步】跳轉(zhuǎn)至
_objc_rootAlloc的源碼實(shí)現(xiàn)
// alloc源碼分析-第二步
id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
- 【第三步】跳轉(zhuǎn)至
callAlloc的源碼實(shí)現(xiàn)
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)// alloc 源碼 第三步
{
#if __OBJC2__ //有可用的編譯器優(yōu)化
// checkNil 為false娇唯，!cls 也為false ，所以slowpath 為 false寂玲，假值判斷不會(huì)走到if里面塔插，即不會(huì)返回nil
if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
// 判斷一個(gè)類(lèi)是否有自定義的 +allocWithZone 實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有則走到if里面的實(shí)現(xiàn)
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);
}
#endif
// No shortcuts available. // 沒(méi)有可用的編譯器優(yōu)化
if (allocWithZone) {
return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);
}
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));
}
如上所示拓哟，在calloc方法中想许，當(dāng)我們無(wú)法確定實(shí)現(xiàn)走到哪步時(shí)，可以通過(guò)斷點(diǎn)調(diào)試断序，判斷執(zhí)行走哪部分邏輯流纹。這里是執(zhí)行到_objc_rootAllocWithZone
slowpath & fastpath
其中關(guān)于slowpath和fastpath這里需要簡(jiǎn)要說(shuō)明下，這兩個(gè)都是objc源碼中定義的宏违诗，其定義如下
//x很可能為真漱凝， fastpath 可以簡(jiǎn)稱(chēng)為 真值判斷
#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
//x很可能為假，slowpath 可以簡(jiǎn)稱(chēng)為 假值判斷
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))
- 其中的
__builtin_expect指令是由gcc引入的诸迟，
1茸炒、目的：編譯器可以對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，以減少指令跳轉(zhuǎn)帶來(lái)的性能下降阵苇。即性能優(yōu)化
2扣典、作用：允許程序員將最有可能執(zhí)行的分支告訴編譯器。
3慎玖、指令的寫(xiě)法為：__builtin_expect(EXP, N)。表示 EXP==N的概率很大笛粘。
4趁怔、fastpath定義中__builtin_expect((x),1)表示 x 的值為真的可能性更大；即 執(zhí)行if 里面語(yǔ)句的機(jī)會(huì)更大
5薪前、slowpath定義中的__builtin_expect((x),0)表示 x 的值為假的可能性更大润努。即執(zhí)行 else 里面語(yǔ)句的機(jī)會(huì)更大
6、在日常的開(kāi)發(fā)中示括，也可以通過(guò)設(shè)置來(lái)優(yōu)化編譯器铺浇，達(dá)到
性能優(yōu)化的目的，設(shè)置的路徑為：Build Setting --> Optimization Level --> Debug --> 將None 改為 fastest 或者 smallest
cls->ISA()->hasCustomAWZ()
其中fastpath中的 cls->ISA()->hasCustomAWZ() 表示判斷一個(gè)類(lèi)是否有自定義的 +allocWithZone 實(shí)現(xiàn)垛膝，這里通過(guò)斷點(diǎn)調(diào)試鳍侣，是沒(méi)有自定義的實(shí)現(xiàn)，所以會(huì)執(zhí)行到 if 里面的代碼吼拥，即走到_objc_rootAllocWithZone
- 【第四步】跳轉(zhuǎn)至
_objc_rootAllocWithZone的源碼實(shí)現(xiàn)
id
_objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone __unused)// alloc 源碼 第四步
{
// allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
//zone 參數(shù)不再使用 類(lèi)創(chuàng)建實(shí)例內(nèi)存空間
return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
}
- 【第五步】跳轉(zhuǎn)至
_class_createInstanceFromZone的源碼實(shí)現(xiàn)倚聚，這部分是alloc源碼的核心操作，由源碼可知凿可，該方法的實(shí)現(xiàn)主要分為三部分-
cls->instanceSize：計(jì)算需要開(kāi)辟的內(nèi)存空間大小 -
calloc：申請(qǐng)內(nèi)存惑折，返回地址指針 -
obj->initInstanceIsa：將類(lèi) 與 isa 關(guān)聯(lián)
-
// alloc 源碼 第五步
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()); // 檢查是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)
// Read class's info bits all at once for performance
// 一次性讀取類(lèi)的位信息以提高性能
bool hasCxxCtor = cxxConstruct && cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
size_t size;
// 計(jì)算需要開(kāi)辟的內(nèi)存大小，傳入的extraBytes 為 0
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
// 申請(qǐng)內(nèi)存
obj = (id)calloc(1, size);
}
if (slowpath(!obj)) {
if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
return _objc_callBadAllocHandler(cls);
}
return nil;
}
if (!zone && fast) {
// 將 cls類(lèi) 與 obj指針（即isa）關(guān)聯(lián)
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);
}
根據(jù)源碼分析，得出其實(shí)現(xiàn)流程圖如下所示：
alloc 核心操作
核心操作都位于calloc方法中
cls->instanceSize：計(jì)算所需內(nèi)存大小
計(jì)算需要開(kāi)辟內(nèi)存的大小的執(zhí)行流程如下所示
- 1惨驶、跳轉(zhuǎn)至
instanceSize的源碼實(shí)現(xiàn)
inline size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
// 編譯器快速計(jì)算內(nèi)存大小
if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
}
// 計(jì)算類(lèi)中所有屬性的大小 + 額外的字節(jié)數(shù)0
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
// 如果size 小于 16白热，最小取16
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
通過(guò)斷點(diǎn)調(diào)試，會(huì)執(zhí)行到cache.fastInstanceSize方法粗卜，快速計(jì)算內(nèi)存大小
- 2屋确、跳轉(zhuǎn)至
fastInstanceSize的源碼實(shí)現(xiàn)，通過(guò)斷點(diǎn)調(diào)試休建，會(huì)執(zhí)行到align16
size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
{
ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));
// Gcc的內(nèi)建函數(shù) __builtin_constant_p 用于判斷一個(gè)值是否為編譯時(shí)常數(shù)乍恐，如果參數(shù)EXP 的值是常數(shù)，函數(shù)返回 1测砂，否則返回 0
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
// 刪除由setFastInstanceSize添加的FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 8個(gè)字節(jié)
return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
}
}
- 3茵烈、跳轉(zhuǎn)至
align16的源碼實(shí)現(xiàn)，這個(gè)方法是16字節(jié)對(duì)齊算法
// 16字節(jié)對(duì)齊算法
static inline size_t align16(size_t x) {
return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}
內(nèi)存字節(jié)對(duì)齊原則
在解釋為什么需要16字節(jié)對(duì)齊之前砌些，首先需要了解內(nèi)存字節(jié)對(duì)齊的原則呜投，主要有以下三點(diǎn)
-
數(shù)據(jù)成員對(duì)齊規(guī)則：struct 或者 union 的數(shù)據(jù)成員，第一個(gè)數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方存璃，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員存儲(chǔ)的起始位置要從該成員大小或者成員的子成員大新丶觥（只要該成員有子成員，比如數(shù)據(jù)纵东、結(jié)構(gòu)體等）的整數(shù)倍開(kāi)始（例如int在32位機(jī)中是4字節(jié)粘招，則要從4的整數(shù)倍地址開(kāi)始存儲(chǔ)） -
數(shù)據(jù)成員為結(jié)構(gòu)體：如果一個(gè)結(jié)構(gòu)里有某些結(jié)構(gòu)體成員，則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開(kāi)始存儲(chǔ)（例如：struct a里面存有struct b偎球，b里面有char洒扎、int、double等元素衰絮，則b應(yīng)該從8的整數(shù)倍開(kāi)始存儲(chǔ)） -
結(jié)構(gòu)體的整體對(duì)齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)體的總大小袍冷，即sizeof的結(jié)果，必須是其內(nèi)部做大成員的整數(shù)倍猫牡，不足的要補(bǔ)齊
為什么需要16字節(jié)對(duì)齊
需要字節(jié)對(duì)齊的原因胡诗，有以下幾點(diǎn)：
- 通常內(nèi)存是由一個(gè)個(gè)字節(jié)組成的，
cpu在存取數(shù)據(jù)時(shí)淌友，并不是以字節(jié)為單位存儲(chǔ)煌恢，而是以塊為單位存取，塊的大小為內(nèi)存存取力度震庭。頻繁存取字節(jié)未對(duì)齊的數(shù)據(jù)症虑，會(huì)極大降低cpu的性能，所以可以通過(guò)減少存取次數(shù)來(lái)降低cpu的開(kāi)銷(xiāo) - 16字節(jié)對(duì)齊归薛，是由于在一個(gè)對(duì)象中谍憔，第一個(gè)屬性
isa占8字節(jié)匪蝙，當(dāng)然一個(gè)對(duì)象肯定還有其他屬性，當(dāng)無(wú)屬性時(shí)习贫，會(huì)預(yù)留8字節(jié)逛球，即16字節(jié)對(duì)齊，如果不預(yù)留苫昌，相當(dāng)于這個(gè)對(duì)象的isa和其他對(duì)象的isa緊挨著颤绕，容易造成訪(fǎng)問(wèn)混亂 - 16字節(jié)對(duì)齊后，可以
加快CPU讀取速度祟身，同時(shí)使訪(fǎng)問(wèn)更安全奥务，不會(huì)產(chǎn)生訪(fǎng)問(wèn)混亂的情況
字節(jié)對(duì)齊-總結(jié)
- 在字節(jié)對(duì)齊算法中，對(duì)齊的主要是
對(duì)象袜硫，而對(duì)象的本質(zhì)則是一個(gè)struct objc_object的結(jié)構(gòu)體 -
結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存中是連續(xù)存放的氯葬，所以可以利用這點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行強(qiáng)轉(zhuǎn) - 蘋(píng)果早期是
8字節(jié)對(duì)齊，現(xiàn)在是16字節(jié)對(duì)齊
- 首先將原始的內(nèi)存
8與size_t(15)相加婉陷，得到 8 + 15 = 23 - 將
size_t(15)即 15進(jìn)行~（取反）操作帚称，~（取反）的規(guī)則是：1變?yōu)?，0變?yōu)? - 最后將 23 與 15的取反結(jié)果 進(jìn)行
&（與）操作秽澳，&（與）的規(guī)則是：都是1為1闯睹，反之為0，最后的結(jié)果為 16担神，即內(nèi)存的大小是以16的倍數(shù)增加的
calloc：申請(qǐng)內(nèi)存楼吃，返回地址指針
通過(guò)instanceSize計(jì)算的內(nèi)存大小，向內(nèi)存中申請(qǐng) 大小 為 size的內(nèi)存妄讯，并賦值給obj孩锡，因此 obj是指向內(nèi)存地址的指針
obj = (id)calloc(1, size);
這里我們可以通過(guò)斷點(diǎn)來(lái)印證上述的說(shuō)法，在未執(zhí)行calloc時(shí)捞挥，po obj為nil，執(zhí)行后忧吟，再po obj發(fā)現(xiàn)砌函，返回了一個(gè)16進(jìn)制的地址
在平常的開(kāi)發(fā)中，一般一個(gè)對(duì)象的打印的格式都是類(lèi)似于這樣的<HTPerson: 0x101814c40>（是一個(gè)指針）溜族。為什么這里不是呢讹俊？
- 主要是因?yàn)?code>objc 地址 還沒(méi)有與傳入 的
cls進(jìn)行關(guān)聯(lián) - 同時(shí)驗(yàn)證了
calloc的根本作用就是開(kāi)辟內(nèi)存
obj->initInstanceIsa：類(lèi)與isa關(guān)聯(lián)
經(jīng)過(guò)calloc可知，內(nèi)存已經(jīng)申請(qǐng)好了煌抒，類(lèi)也已經(jīng)傳入進(jìn)來(lái)了仍劈，接下來(lái)就需要將 類(lèi)與 地址指針即isa指針進(jìn)行關(guān)聯(lián)，其關(guān)聯(lián)的流程圖如下所示：
主要過(guò)程就是初始化一個(gè)isa指針寡壮，并將isa指針指向申請(qǐng)的內(nèi)存地址贩疙，在將指針與cls類(lèi)進(jìn)行 關(guān)聯(lián)
同樣也可以通過(guò)斷點(diǎn)調(diào)試來(lái)印證上面的說(shuō)法讹弯，在執(zhí)行完initInstanceIsa后，在通過(guò)po obj可以得出一個(gè)對(duì)象指針
總結(jié)
- 通過(guò)對(duì)
alloc源碼的分析这溅，可以得知alloc的主要目的就是開(kāi)辟內(nèi)存组民，而且開(kāi)辟的內(nèi)存需要使用16字節(jié)對(duì)齊算法，現(xiàn)在開(kāi)辟的內(nèi)存的大小基本上都是16的整數(shù)倍 - 開(kāi)辟內(nèi)存的核心步驟有3步：
計(jì)算 -- 申請(qǐng) -- 關(guān)聯(lián)
init源碼探索
alloc源碼探索完了悲靴，接下來(lái)探索init源碼臭胜，通過(guò)源碼可知，init的源碼實(shí)現(xiàn)有以下兩種
類(lèi)方法 init
// Replaced by CF (throws an NSException)
+ (id)init {
return (id)self;
}
這里的init是一個(gè)構(gòu)造方法 癞尚，是通過(guò)工廠設(shè)計(jì)（工廠方法模式）,主要是用于給用戶(hù)提供構(gòu)造方法入口耸三。這里能使用id強(qiáng)轉(zhuǎn)的原因，主要還是因?yàn)?內(nèi)存字節(jié)對(duì)齊后浇揩，可以使用類(lèi)型強(qiáng)轉(zhuǎn)為你所需的類(lèi)型
實(shí)例方法 init
- 通過(guò)以下代碼進(jìn)行探索實(shí)例方法
init
HTPerson *p1 = [[HTPerson alloc] init];
- 通過(guò)
main.h中的init跳轉(zhuǎn)至init的源碼實(shí)現(xiàn)
- (id)init {
return _objc_rootInit(self);
}
- 跳轉(zhuǎn)至
_objc_rootInit的源碼實(shí)現(xiàn), 返回的是傳入的self本身
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;
}
new源碼探索
一般在開(kāi)發(fā)中仪壮，初始化除了init，還可以使用new临燃，兩者本質(zhì)上并沒(méi)有什么區(qū)別睛驳，以下是objc中new的源碼實(shí)現(xiàn)，通過(guò)源碼可以得知膜廊，new函數(shù)中直接調(diào)用了callAlloc函數(shù)（即alloc中分析的函數(shù)）乏沸，且調(diào)用了init函數(shù)，所以可以得出new 其實(shí)就等價(jià)于 [alloc init]的結(jié)論
+ (id)new {
return [callAlloc(self, false/*checkNil*/) init];
}
但是一般開(kāi)發(fā)中并不建議使用new爪瓜，主要是因?yàn)橛袝r(shí)會(huì)重寫(xiě)init方法做一些自定義的操作蹬跃，例如 initWithXXX，會(huì)在這個(gè)方法中調(diào)用[super init]铆铆，用new初始化可能會(huì)無(wú)法走到自定義的initWithXXX部分蝶缀。
