目錄

前言

alloc

alloc核心操作

cls->instanceSize(extraBytes)

calloc

obj->initInstanceIsa

init

類方法：

實例方法：

new

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前言

筆者最近在進行對OC語言源碼的學習，學習源碼的過程中經常會出現一些從來沒有遇見過的函數，因此很難把整個過程理解清楚，這篇博客先簡單梳理一下我現在理解的 alloc & init & new 的實現過程以及內存對齊原理

alloc

首先從main函數中找到WGPerson類的alloc方法的實現：

在這個方法中，調用了_objc_rootAlloc，跳轉到該函數的實現：

這個方法中又調用了callAlloc函數，同樣跳轉到該函數的實現：

這個函數是runtime中分配對象的核心方法之一，用于決定走哪條路徑調用alloc或allocWithZone:

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)

這兩行是這個函數的定義部分，static說明這個函數只能在當前文件中使用，ALWAYS_INLINE表示這個函數應盡量內聯，提高性能。

函數有三個參數，cls表示要分配內存的類，checkNil是一個bool變量，用于表明是否需要檢查cls是否為nil，allocWithZone表示是否使用allocWithZone:方法。

函數內部實現里有三個判斷，第一個判斷是類是否為nil

#if __OBJC2__if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;

__OBJC2__表示僅在OC2.0環境下有效，<!--slowpath用于分支預測優化，提示這個條件大概率為假-->，checkNil && !cls 表示如果要求檢查且cls是nil，就直接返回nil。

?if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);}
#endif

<!--fastpath與slowpath相對，也是用于分支預測優化的，它提示這個條件大概率為真。-->cls->ISA()用于獲取類的元類，hasCustomAWZ()用于判斷類是否重寫了allocWithZone:這個方法，

進入條件語句后，_objc_rootAllocWithZone(cls， nil)是調用runtime的根分配方法 ，分配對象。

如果沒有進入這條快路徑，就只能走慢路徑，發消息調用alloc/allocWithZone:

if (allocWithZone) {return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);}

objc_msgSend:是runtime的消息發送函數，cls和@selector(allocWithZone:)是這個函數的兩個參數，這條語句前面的部分((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))是在對objc_msgSend:函數進行類型轉換，把函數轉換成了返回一個id，接收兩個參數：id，SEL的函數，這樣來正確調用alloc方法。

這條語句就相當于給類對象cls發送alloc消息，從而創建一個該類的實例對象。

最后一種情況是當allocWithZone為假時，正常調用 alloc走常規路徑，objc_msgSend: 發送 alloc消息，等效于[cls alloc]

在這里我們對自定義類進行觀察，會在這幾個分支中走到_objc_rootAllocWithZone，接著我們跳轉到_objc_rootAllocWithZone的實現。

再繼續跳轉到_class_createInstanceFromZone的源碼實現，這個部分是alloc源碼的核心操作，實現主要分為三個部分：

• cls->instanceSize：計算需要開辟的<!--內存空間大小-->

• calloc：<!--申請內存-->，返回地址指針

• obj->initInstanceIsa：將類與isa關聯

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 performancebool 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);
}

alloc核心操作

cls->instanceSize(extraBytes)

instanceSize(extraBytes)的實現如下：

instanceSize的調用過程如下：

這里自定義類最終走到fastInstanceSize

在fastInstanceSize中，最終調用的是align16這個函數，在834源碼中使用是align16這個函數，在最新版xcode中會報紅。

但是可以看到在906源碼中其實也調用的是align16這個函數。這個函數的實現是一個16字節對齊算法。

這段算法的過程就是將原始的內存 與size_t(15)相加，得到一個數，將 size_t(15) 即 15進行~（取反）操作，再將 這個數 與 15的取反結果 進行 &（與）操作，最后的結果為 16的倍數，即內存的大小是以16的倍數增加的

原理是因為內存必須比數據大，內存對齊的結果只能大于實際數據大小，而不能比它小。將數字加15，使數字大于等于比數據大小要大的最小的那個16的倍數，在和末四位為0的數字進行與操作，抹去后四位，去掉余數，變成16的倍數。

為什么需要內存對齊？

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

16字節對齊，是由于在一個對象中，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

16字節對齊后，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

calloc

calloc函數用于申請內存并返回地址指針。

obj = (id)calloc(1, size);

這一行代碼就是在用計算出來的size獲取地址指針obj，此時地址還沒有與傳入的cls進行關聯。

obj->initInstanceIsa

這一步是在將類與isa關聯。內存申請好后，將傳入的類與已經申請好的內存進行關聯，而關聯的方式就是isa指針。關聯的流程如下：

在執行完initInstanceIsa后，內存便與類關聯了起來。

綜上，alloc的核心操作就是三步：計算內存，申請內存，內存與類關聯。

init

init有兩種，一種是類的init，一種是對象的。

類方法：

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

這里的init是一個構造方法 ，是通過工廠設計（工廠方法模式）,主要是用于給用戶提供構造方法入口。這里能使用id強轉的原因，主要還是因為 內存字節對齊后，可以使用類型強轉為你所需的類型

實例方法：

init實例方法會跳轉到_objc_rootInit方法，來看看它的實現

可以發現，函數返回的是傳入的self本身。

new

除了alloc與init，初始化還可以使用new方法

new其實就是調用了callAlloc函數（即alloc中分析的函數）以及init函數，因此就相當于[[ alloc] init]。

但是如果重寫了init方法做一些自定義操作，這時會在這個方法中調用[super init]，這時不建議使用new進行初始化。