alloc与init探索

知识点概要

引入
alloc干了什么？
为什么要有init？
为什么要有new？直接使用有何缺陷？
[NSObject alloc]为什么没有进入alloc方法？

引入

    Person *p1 = [[Person alloc]init];
    Person *p2 = [p1 init];
    Person *p3 = [p1 init];
    NSLog(@"%@ - %p - %p",p1,p1,&p1);
    NSLog(@"%@ - %p - %p",p2,p2,&p2);
    NSLog(@"%@ - %p - %p",p3,p3,&p3);

p1、p2、p3结果相同吗？&p1、&p2、&p3结果相同吗？
答案是：前者相同，后者不同，输出结果如下：

结果.png

我们来回顾C语言指针的知识：

    int temp = 3;//定一个int类型变量
    int *a = &temp;//声明一个int类型的指针，指向的地址是temp的内存地址
    //直接输出a和直接输出&temp的结果一样，都是temp的内存地址，而&a表示的是a的内存地址，因为指针类型也是一个变量，需要空间去存储
    printf("%p,%p,%p\n",a,&a,&temp);

那么，对于&p1、&p2、&p3结果不相同就可以明白了，话不多说，上图：

指针.png

至于p1、p2、p3调用init之后结果相同，是接下来要探索的问题。

alloc干了什么？

怎么查看？

1.下符号断点
1)我们知道会调用alloc方法，那么，先打上alloc符号断点

ialloc.png

可以看到，会调用NSObject类中的alloc方法，因为我们自定义的类继承自NSObject
2)在上一步中，可以看到jmp指令，会进入_objc_rootAlloc，所以，继续为_objc_rootAlloc打上断点

_objc_rootAlloc.png
3)继续按照之前的方式，符号断点_objc_rootAllocWithZone
_objc_rootAllocWithZone.png
4)可以看到会调用callq指令，调用了runtime中的instanceSize、calloc方法
calloc.png

调用instanceSize方法，计算需要开辟多大的内存，接着会调用calloc开辟这样一个大小的空间。最后，会调用initInstanceIsa方法，将对象与这个空间关联

2.根据符号断点查找库，然后，去苹果开源库下载源码，看源码，下面介绍三种方法查看。
1）第一种就是符号断点
2）在你要进入的位置，打上断点，然后，按住control键，点击调试按钮的“step into”，多点几次，会跳入另外一个断点

debug.png
step into.png
打上符号断点，点击下一步，如下图，我们就知道库名是objc
objc_alloc.png
3)打上断点，debug选为汇编模式，找到对应的方法objc_alloc，打符号断点
方法.png 汇编代码.png

总结：
1.通过符号断点，可以看到alloc的流程是：
alloc-->_objc_rootAlloc-->_objc_rootAllocWithZone-->retrun obj
_objc_rootAllocWithZone方法会调用核心的三个方法：
instanceSize：计算空间大小，并进行16字节对齐
calloc：根据大小，开辟一个这样的内存空间
initInstanceIsa：将开辟的内存空间与对象关联

注意：上述的三个核心方式其实不在_objc_rootAllocWithZone里面调用，而是在_class_createInstanceFromZone方法中调用的，原因稍后再说。

2.通过源码，调用流程如下：
alloc—>_objc_rootAlloc—>callAlloc—>_objc_rootAllocWithZone-->_class_createInstanceFromZone
可以看到，callAlloc、_class_createInstanceFromZone没有被调用。因为在编译时，编译器会根据指令进行优化，直接进入_objc_rootAllocWithZone

callAlloc.png

从代码及注释中都可以看到，调用时，会被优化
3.一个对象的大小，与其属性有关，属性越多，占用的空间越多，且按照16自字节的方式对齐(现在的新版本都是16字节对齐，之前是8字节对齐。为什么要对齐？读取按照一定字节读取，不去计算，会更加快速安全)。注意，没有属性的对象，最小占用16字节大小，

init干了什么？为什么要有init？

我们直接上源码

init.png
_objc_rootInit.png

可以看到，直接将对象返回，啥也没有做，不是我们想的会初始化空间值。

为什么要有init？

1.提供一个方法，对外给开发者使用，可以让开发者定义自己个性的初始化内容。
2.单一职责原则，与开辟内存空间功能分开

为什么要有new？有何缺陷？
new是一个类方法，调用简单，实际是alloc+init。

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

缺陷是：我们自定义了init，使用new不会调用我们自定义的init方法，造成一个对象的创建出问题。例如

- (instancetype)initWithName:(NSString *)name
{
    self = [super init];
    
    if (self) {
        self.className = name;
    }
    
    return self;
}

探讨[NSObject alloc]为什么没有进入alloc方法？

其实，无论是NSObject还是它的子类，调用alloc或者[[XXX alloc]init],优先调用以下代码:

// Calls [cls alloc].
id
objc_alloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/);
}

// Calls [[cls alloc] init].
id
objc_alloc_init(Class cls)
{
    return [callAlloc(cls, true/*checkNil*/, false/*allocWithZone*/) init];
}

那么，我么进入callAlloc方法看看

// 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));
}

我们知道，现在是objc2.0，所以会进入第一个分支。首先不为nil，其次调用cls->ISA()->hasCustomAWZ()，看源码：

#if FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ
    bool hasCustomAWZ() const {
        return !cache.getBit(FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ);
    }
    void setHasDefaultAWZ() {
        cache.setBit(FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ);
    }
    void setHasCustomAWZ() {
        cache.clearBit(FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ);
    }
#else
    bool hasCustomAWZ() const {
        return !(bits.data()->flags & RW_HAS_DEFAULT_AWZ);
    }
    void setHasDefaultAWZ() {
        bits.data()->setFlags(RW_HAS_DEFAULT_AWZ);
    }
    void setHasCustomAWZ() {
        bits.data()->clearFlags(RW_HAS_DEFAULT_AWZ);
    }
#endif

判断本类是有默认alloc/allocWithZone方法。很显然，NSObject实现了，所以，直接调用_objc_rootAllocWithZone方法创建了对象。当然了，如果是子类，而子类没有默认alloc/allocWithZone方法，则会走消息发送objc_msgSend，调用alloc方法，源码如下：

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

// 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*/);
}

走消息发送，最终会调用父类NSObject的alloc方法。此时，流程和之前流程一样，callAlloc->_objc_rootAllocWithZone

总结

1.为什么明明调用是alloc方法，实际调用的是objc_alloc方法？此时此刻，不要在心里一万头草泥马飘过，冷静下来。自己没有更改，源码中也没有更改，那么，答案就只有一种了，编译器做了优化。在这里可以在LLVM源码中找到答案，具体过程就不说了，太难了，知道就行。
2.在不考虑优化的情况下，alloc的详细流程如下：

alloc详细流程.png