一、對(duì)象的指針地址和內(nèi)存
先看下面的代碼：
HPerson * p1 = [HPerson alloc];
HPerson * p2 = [p1 init];
HPerson * p3 = [p1 init];
NSLog(@"%@-%p", p1, p1);
NSLog(@"%@-%p", p2, p2);
NSLog(@"%@-%p", p3, p3);
請(qǐng)問這3者的會(huì)有什么不同嗎韩脏？
執(zhí)行代碼就會(huì)發(fā)現(xiàn)p1该面，p2，p3打印的內(nèi)存地址是完全一樣的:
所以在這個(gè)過程我們可以得出一個(gè)結(jié)論：
1奈附、alloc讓對(duì)象有了內(nèi)存空間，有了指針指向煮剧。
2斥滤、init后內(nèi)存沒有變化，證明init沒有對(duì)指針做什么操作勉盅。
再來看下面的代碼：
HPerson * p1 = [HPerson alloc];
HPerson * p2 = [p1 init];
HPerson * p3 = [p1 init];
NSLog(@"%@-%p-%p", p1, p1, &p1);
NSLog(@"%@-%p-%p", p2, p2, &p2);
NSLog(@"%@-%p-%p", p3, p3, &p3);
執(zhí)行：
發(fā)現(xiàn)3個(gè)不同的指針地址指向了同一塊內(nèi)存空間佑颇，而且是3個(gè)連續(xù)的指針地址。
那么alloc是怎么分配內(nèi)存空間的呢草娜？init真的什么都沒有做嗎挑胸？
二、探索底層的三種方法
如果我們直接進(jìn)行代碼跳轉(zhuǎn)：
就會(huì)進(jìn)入到NSObject的alloc方法：
發(fā)現(xiàn)找不到方法的實(shí)現(xiàn)宰闰！
為什么沒有實(shí)現(xiàn)呢茬贵？我們應(yīng)該如何去查看alloc方法的實(shí)行呢？
方法一：斷點(diǎn)調(diào)試
我們先在alloc處打上斷點(diǎn)：
然后按住ctrl點(diǎn)擊step into：
即可看到议蟆，
alloc方法調(diào)用的是objc_alloc方法：
然后我們打上符號(hào)斷點(diǎn)：
再點(diǎn)擊繼續(xù)執(zhí)行程序:
然后我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)objc_alloc來源于libobjc.A.dylib闷沥，即objc動(dòng)態(tài)庫(kù)底層方法：
方法二：利用匯編一步一步跟進(jìn)
在debug選擇欄打開進(jìn)入?yún)R編：
依舊在alloc處打上斷點(diǎn)：
運(yùn)行程序就會(huì)進(jìn)入到匯編頁(yè)面：
在該頁(yè)面就會(huì)發(fā)現(xiàn)是調(diào)用了objc_alloc方法，然后用符號(hào)斷點(diǎn)去查看該方法使用的哪個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)咐容。
方法三：通過已知方法進(jìn)行符號(hào)斷點(diǎn)
當(dāng)程序停在我們的斷點(diǎn)處時(shí)：
添加已知方法的符號(hào)斷點(diǎn)：
然后進(jìn)入：
就會(huì)發(fā)現(xiàn)alloc是來自libobjc.A.dylib動(dòng)態(tài)庫(kù)：
以上就是3中基本的探索底層的方式，還有反匯編蚂维、lldb戳粒、堆棧等等。
三虫啥、匯編結(jié)合源碼調(diào)試分析
1蔚约、下載源碼
我們已經(jīng)定位到了alloc是在libobjc這個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)里面，接下來就是進(jìn)入源碼進(jìn)行調(diào)試涂籽。
先在蘋果開源網(wǎng)站下載源碼苹祟，或者在蘋果的源代碼目錄進(jìn)行下載，源代碼目錄更加方便评雌。
以源代碼目錄為例：
進(jìn)入網(wǎng)站后搜索objc：
找到objc4树枫，點(diǎn)進(jìn)去：
最新的objc4-824.tar.gz有問題，無法下載景东，所以使用的是objc4-818.2.tar.gz砂轻。
2、查看源碼
打開下載的objc4-818.2斤吐，搜索alloc {:
發(fā)現(xiàn)alloc方法里面調(diào)用的是_objc_rootAlloc方法搔涝。
再點(diǎn)_objc_rootAlloc方法進(jìn)去：
// 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*/);
}
發(fā)現(xiàn)_objc_rootAlloc方法里面是callAlloc方法厨喂。
再點(diǎn)callAlloc方法進(jìn)去：
// 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));
}
這里就是alloc的核心方法。
__OBJC2__指的是2.0版本庄呈，現(xiàn)在用的都是2.0版本蜕煌。
那么到了這里，是執(zhí)行_objc_rootAllocWithZone呢诬留？還是執(zhí)行objc_msgSend呢幌绍？
3、匯編調(diào)試
我們可以通過匯編來查看故响，回到最開始的代碼傀广，在alloc處打上斷點(diǎn)，于此再加上_objc_rootAlloc的符號(hào)斷點(diǎn)：
運(yùn)行：
運(yùn)行后確實(shí)進(jìn)入了_objc_rootAlloc方法彩届，但是進(jìn)入?yún)s是HPerson的父類NSObject的_objc_rootAlloc方法伪冰，我們應(yīng)該進(jìn)入的HPerson的方法才對(duì)！
所以需要先取消_objc_rootAlloc的斷點(diǎn)重新運(yùn)行樟蠕，當(dāng)斷到了HPerson的alloc方法時(shí)贮聂，再加上_objc_rootAlloc的斷點(diǎn)：
斷住后，發(fā)現(xiàn)先執(zhí)行_objc_rootAllocWithZone方法寨辩，再執(zhí)行objc_msgSend方法吓懈。
4、源碼調(diào)試
先按照iOS_objc4-756.2 最新源碼編譯調(diào)試配置下載下來的objc4-818.2靡狞。
在objc源碼里面創(chuàng)建HObjectBuild這個(gè)targets耻警，并創(chuàng)建HPerson這個(gè)類：
在main.m里面打上斷點(diǎn)，并運(yùn)行程序：
進(jìn)入上面查看到的_objc_rootAllocWithZone方法里：
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);
}
再進(jìn)入到_class_createInstanceFromZone方法里：
/***********************************************************************
* 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;
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
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);
}
在_class_createInstanceFromZone方法內(nèi)甸怕，發(fā)現(xiàn)返回的是obj這個(gè)對(duì)象甘穿，所以我們?cè)?code>obj這里打上斷點(diǎn)：
繼續(xù)執(zhí)行程序：
發(fā)現(xiàn)obj已經(jīng)有地址了，因?yàn)楫?dāng)前內(nèi)存并未使用過梢杭，是臟內(nèi)存地址温兼！
點(diǎn)擊step over，到calloc方法武契，內(nèi)存地址沒有發(fā)生變化：
在點(diǎn)擊step over募判，執(zhí)行完calloc方法后，發(fā)現(xiàn)obj的內(nèi)存地址不一樣了：
說明在calloc方法中對(duì)obj進(jìn)行了內(nèi)存地址賦值咒唆。
在打印中發(fā)現(xiàn)obj對(duì)象的類型是id届垫，這是因?yàn)檫@個(gè)地址還沒有綁定到我們的HPerson這類里面去，關(guān)聯(lián)類的是isa钧排！
繼續(xù)執(zhí)行敦腔，過了initInstanceIsa方法后再打印發(fā)現(xiàn)obj已經(jīng)關(guān)聯(lián)了HPerson類：
所以在initInstanceIsa方法內(nèi)讓isa關(guān)聯(lián)了HPerson以及c++的方法和函數(shù)！
接下來就是返回obj恨溜，所有的alloc方法流程已經(jīng)走完了符衔！
四找前、字節(jié)對(duì)齊
重新運(yùn)行，在_class_createInstanceFromZone方法的
size = cls->instanceSize(extraBytes);
打上斷點(diǎn)：
發(fā)現(xiàn)需要額外增加的字節(jié)為
0判族。
然后進(jìn)入到instanceSize方法：
inline 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;
}
在return處打上斷點(diǎn)躺盛，繼續(xù)：
發(fā)現(xiàn)進(jìn)入到第一個(gè)return，說明有緩存形帮。
然后進(jìn)入fastInstanceSize方法：
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);
}
}
在return處打上斷點(diǎn)槽惫，繼續(xù)：
走的是第二個(gè)
return，而且size為16辩撑。
那么這個(gè)數(shù)據(jù)怎么來的呢界斜？
如果沒有緩存的話，就會(huì)走alignedInstanceSize方法合冀，然后返回字節(jié)對(duì)齊的內(nèi)存大懈鬓薄：
那么，一個(gè)對(duì)象的內(nèi)存大小由什么來確定呢君躺？
只有成員變量決定峭判！
我們進(jìn)入unalignedInstanceSize方法：
// May be unaligned depending on class's ivars.
uint32_t unalignedInstanceSize() const {
ASSERT(isRealized());
return data()->ro()->instanceSize;
}
發(fā)現(xiàn)大小是有instanceSize來決定的，即實(shí)例變量的大凶亟小林螃！
depending on class's ivars.-->取決于類的ivars。
并且是編譯完成的干凈內(nèi)存的大邪称疗认！
所以是依賴于成員變量的大小砌滞！
當(dāng)前的HPerson對(duì)象沒有成員變量侮邀，所以這里返回的大小是8：
為什么是8呢？因?yàn)?code>NSObject有一個(gè)成員變量isa：
為什么isa的大小是8呢贝润？
因?yàn)?code>Class是一個(gè)結(jié)構(gòu)體！isa是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針铝宵，所以是8字節(jié)打掘！
我們可以在源碼里搜索objc_class：
發(fā)現(xiàn)Class是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針類型！
而且objc_class繼承于objc_object鹏秋，即萬物皆對(duì)象尊蚁！即類也是一個(gè)對(duì)象！
返回大小8字節(jié)后侣夷，如果小于16字節(jié)則等于16：
所以得出16字節(jié)横朋！
如果大于16呢？
就會(huì)進(jìn)行字節(jié)對(duì)齊百拓！
進(jìn)入到alignedInstanceSize方法：
// Class's ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
uint32_t alignedInstanceSize() const {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
里面有word_align方法：
static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
}
這個(gè)就是字節(jié)對(duì)齊算法琴锭！
點(diǎn)進(jìn)WORD_MASK：
#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
發(fā)現(xiàn)WORD_MASK等于7晰甚！
按照(x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK這個(gè)算法，x為8：
(x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK
= (8 + 7) & ~7
= 15 & ~7
轉(zhuǎn)為二進(jìn)制：
15 為：0000 1111
7 為：0000 0111
~7 為：1111 1000
所以：
15 & ~7
= 0000 1111 & 1111 1000
= 0000 1000
轉(zhuǎn)為十進(jìn)制為：8
但是為9的時(shí)候則為16决帖！
所以這是一個(gè)以8字節(jié)對(duì)齊厕九，向上取8的整數(shù)的方法！
為什么是8的倍數(shù)呢地回？
因?yàn)樽畲缶褪?code>指針扁远，8字節(jié)！同時(shí)也是為了空間換時(shí)間刻像，方便內(nèi)存讀瘸┞颉！
五细睡、對(duì)象的內(nèi)存空間
先給HPerson添加對(duì)象：
打上斷點(diǎn)谷羞，運(yùn)行，然后在lldb中輸入x p纹冤，顯示對(duì)象p的內(nèi)存分布:
0x108f079c0是對(duì)象p的內(nèi)存首地址洒宝，接下來就是對(duì)象p的內(nèi)存。
iOS端為小端模式萌京，所有需要倒著讀妊愀琛：
內(nèi)存打印出來是什么呢？
是isa知残！
為什么沒有打印出isa呢靠瞎？
因?yàn)橐?code>&ISA_MASK:
# if __arm64__
// ARM64 simulators have a larger address space, so use the ARM64e
// scheme even when simulators build for ARM64-not-e.
# if __has_feature(ptrauth_calls) || TARGET_OS_SIMULATOR
# define ISA_MASK 0x007ffffffffffff8ULL
# else
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# endif
這里使用的是模擬器，所以&0x0000000ffffffff8:
現(xiàn)在就正確的打印出
isa了求妹！
后面的0則為對(duì)象的屬性的存儲(chǔ)空間乏盐！
進(jìn)入debug查看一下內(nèi)存：
輸入內(nèi)存首地址：
發(fā)現(xiàn)即使沒有給屬性賦值，依舊會(huì)開辟內(nèi)存制恍！
給屬性賦值后再運(yùn)行：
x/5gx為格式化輸出父能！
如果把height改為BOOL類型：
就會(huì)發(fā)現(xiàn)age和height放在了一起！
這是蘋果的底層對(duì)內(nèi)存進(jìn)行了優(yōu)化净神，即內(nèi)存對(duì)齊何吝！
