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iOS 底层alloc init new 源码流程示例分析

alloc&init 的源码流程图 先从最简单的场景说起:创建一个 Person 类,然后在 main 函数里写一句 Person *p = [Person alloc];。这一行代码到底是怎么运转的?一路往下追源码,你就会发现一条清晰的调用链。 第一步,进入 alloc 方法的实现——它其实就是一

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    alloc&init 的源码流程图

    先从最简单的场景说起:创建一个 Person 类,然后在 main 函数里写一句 Person *p = [Person alloc];。这一行代码到底是怎么运转的?一路往下追源码,你就会发现一条清晰的调用链。

    第一步,进入 alloc 方法的实现——它其实就是一个简单的桥接:

    + (id)alloc { 
    return _objc_rootAlloc(self); 
    }
    

    第二步,跳转到 _objc_rootAlloc:

    id
    _objc_rootAlloc(Class cls)
    {
        return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
    }
    

    第三步,来到核心函数 callAlloc。这里面涉及两个很有用的宏——fastpath 和 slowpath,本质是 __builtin_expect 的分支预测优化。简单说,fastpath(x) 告诉编译器“x 大概率是 true”,slowpath(x) 则告诉“x 大概率是 false”。这样编译器就能生成更高效的指令,减少不必要的指令跳转。日常开发中如果想要类似优化,可以在 Build Settings → Optimization Level → Debug 里把 None 改成 fastest/smallest。

    #define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
    #define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))
    

    看看 callAlloc 的完整实现:

    static ALWAYS_INLINE id
    callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
    {
    #if __OBJC2__ //有可用的编译器优化
        if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
        //判断是否自定义实现了 +allocWithZone 方法
        if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
            return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);
        } 
        #endif
        // No shortcuts a vailable.
        if (allocWithZone) {
            return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);
        }
        return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));
    

    第四步,如果走快速路径,就会进入 _objc_rootAllocWithZone:

    id
    _objc_rootAllocWithZone(Class cls, objc_zone_t zone __unused)
    {
        // allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
        return _class_createInstanceFromZone(cls, 0, nil,
    OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC);
    }
    

    第五步,也是真正干活的函数——_class_createInstanceFromZone。这里面包含三个关键操作:

    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 SUPPORT_ZONES
        // 早期的内存是通过 zone 申请的
        if (zone) {
            obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
        } else {
    #endif
            obj = (id)calloc(1, size);
    #if SUPPORT_ZONES
        }
    #endif
        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);
    }
    

    第一步:计算所需内存大小。 通过 cls->instanceSize(extraBytes) 来完成。内部实现会先尝试快速计算(利用缓存),否则执行 alignedInstanceSize() + extraBytes,并且保证至少 16 字节(这是 CoreFoundation 的要求)。align16 的作用是把数值按 16 字节对齐,比如传入 8,结果会是 16。

    inline size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
        if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
            return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
        }
        size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
        if (size < 16) size = 16;
        return size;
    }
    

    断点调试时你会发现传入 align16 的参数 x 通常是 8,结果自然就是 16 了。

    第二步:申请内存。 调用 calloc(1, size),向系统要一块大小为 instanceSize 计算出的连续空间,并将地址指针赋值给 obj。

    第三步:初始化 isa 指针。 通过 obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor) 将类和 isa 关联起来。至此,一个实实在在的对象就诞生了。

    Init 源码探索

    直接翻看 Init 的源码,干净得让人意外:

    - (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;
    }
    

    说白了,init 就是把传进来的对象原封不动地返回。当然,子类通常会重写 init 来做自己的初始化工作。

    new 的源码探索

    日常开发中创建对象可以用 alloc init,也可以直接用 new。看看 new 源码:

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

    很明显,new 等价于 alloc + init。那两者有什么区别?不同场景下侧重点略有不同,下面这张图总结得很清楚:

    以上就是 iOS 底层中 alloc、init、new 的完整源码流程。整个链条从消息发送到内存分配再到 isa 绑定,每一步都有迹可循。理解这些,对日常开发中对象的生命周期把控会更有底气。

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