Jason的博客
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iOS底层探索-alloc方法

发表于 更新于

alloc是我们日常开发中经常遇到，下面我们从源码层面分析一下，alloc方法的底层。

准备工作-获取源码

  • 从苹果开源网站下载objc的源码。
  • 根据这个教程将源码调试成可编译的状态

    开始探究

    我们新建一个类JSPerson
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    //.h
    @interface JSPerson : NSObject
    @end
    //.m
    @implementation JSPerson
    @end
    在main方法中初始化JSPerson
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    int main(int argc, const char * argv[]) {
        @autoreleasepool {
            JSPerson *person = [JSPerson alloc];
            NSLog(@"%@",person);
        }
        return 0;
    }
    在JSPerson *person = [JSPerson alloc];这行添加断点运行。
    按control键发现断点走到了
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    KCObjcBuild`objc_alloc:
    ->  0x100003f44 <+0>: jmpq   *0x40be(%rip)             ; (void *)0x0000000100003f76
    说明这个时候调用了objc_alloc方法，我们打一个objc_alloc的符号断点，继续执行程序，发现断点来到了objc_alloc的源码部分。
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    // Calls [cls alloc].
    id
    objc_alloc(Class cls)
    {
        return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
    }
    我们继续进入callAlloc方法：
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    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));
    }
    我们继续走断点，发现走到了return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));即又调用了alloc方法，也就是说callAlloc也会再次调用。
    继续调试这次走到了return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);,断点进入_objc_rootAllocWithZone方法看一下源码：
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    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);
    }
    代码很简单，我们继续跟进到_class_createInstanceFromZone方法：
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    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;
        ///获取实例大小
        size = cls->instanceSize(extraBytes);
        if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
        id obj;
        if (zone) {
            obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
        } else {
            //分配内存
            obj = (id)calloc(1, size);
        }
        if (slowpath(!obj)) {
            if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
                return _objc_callBadAllocHandler(cls);
            }
            return nil;
        }
        ///关联isa指针
        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);
    }
    _class_createInstanceFromZone方法有三个关键的点，我们下面分别分析：

    获取实例大小 size = cls->instanceSize(extraBytes)

    内联函数instanceSize的作用是获取实例的大小，对象的大小取决于其ivars(成员变量)的大小。
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    // May be unaligned depending on class's ivars.
    uint32_t unalignedInstanceSize() const {
        ASSERT(isRealized());
        return data()->ro()->instanceSize;
    }
    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;
    }
    根据if (size < 16) size = 16;可以看出，对象最小大小为16，这个就是内存对齐的概念，上面的alignedInstanceSize()函数,会继续调用内联函数word_align
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    // __LP64__
    #   define WORD_MASK 7UL
    static inline uint32_t word_align(uint32_t x) {
        return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
    }
    这里就引入一个概念就是字节对齐。可以看到WORD_MASK=7,它的作用是保证字节的大小为8的倍数。

    给对象分配内存空间

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    if (zone) {
        obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
    } else {
        obj = (id)calloc(1, size);
    }

    给对象关联isa指针

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    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);
    }

    总结

    总结来看alloc的流程图即为下图所示：

alloc流程.png