談ObjC對象的兩段構造模式

前言

Objective-c語言在申請對象的時，須要使用兩段構造(Two Stage Creation)的模式。一個對象的建立，須要先調用alloc方法或allocWithZone方法，再調用init方法或initWithSomething方法。以下是一個NSString對象的建立示例：

1	NSString * str = [[NSString alloc] initWithString:@"http://blog.devtang.com"];

因爲該語言的對象建立方法和大多數其它語言（如C、C++、Java、JavaScript）都不同，因此引發了個人好奇。是什麼緣由促使Objective-C作了這種設計，而又是什麼緣由促使大多數其它語言都採用」new」方法來一次性建立對象呢？

在看了《Cocoa Design Patterns》一書（順便吐槽一下該書中文版翻譯質量不高，建議看英文版），而且作了一些調研以後，我將總結分享給你們，歡迎你們討論。

對象的建立

咱們先來看看在對象的建立過程當中，alloc和init到底作了哪些事情。

alloc方法

根據蘋果的官方文檔。當對象建立時，cocoa會從應用程序的虛擬地址空間上爲該對象分配足夠的內存。cocoa會遍歷該對象全部的成員變量，經過成員變量的類型來計算所需佔用的內存。

當咱們經過alloc或allocWithZone方法建立對象時，cocoa會返回一個未」初使化「過的對象。在這個過程當中，cocoa除了上面提到的申請了一塊足夠大的內存外，還作了如下3件事：

1. 將該新對象的引用計數(Retain Count)設置成1。
2. 將該新對象的isa成員變量指向它的類對象。
3. 將該新對象的全部其它成員變量的值設置成零。（根據成員變量類型，零有多是指nil或Nil或0.0）

isa成員變量是在NSObject中定義的，因此保證Cocoa的全部對象都帶有此成員變量。藉助該變量能夠實現Cocoa對象在運行時的自省(Introspection)功能。

init方法

大部分狀況下，咱們都不但願全部成員變量都是零，因此init方法會作真正的初使化工做，讓對象的成員變量的值符合咱們程序邏輯中的初始化狀態。例如，NSMutableString可能就會額外再申請一塊字符數組，用於動態修改字符串。

init還有一個須要注意的問題。某些狀況下，init會形成alloc的本來空間不夠用，而第二次分配內存空間。因此下面的寫法是錯的：

1 2	NSString * s = [NSString alloc]; [s init]; // 這兒init返回的地址可能會變。s本來的指針地址多是無效的地址。

爲此，蘋果引入了一個編程規範，讓你們寫的時候將alloc 和init寫在一行。因此上面的代碼正確的寫法是

1	NSString * s = [[NSString alloc] init];

new

在後來，蘋果也引入了類方法：new。可是因爲歷史緣由，init方法是實例方法而非類方法，因此做爲類方法的new，只能簡單地等價於 alloc + init，不能指定init的參數，因此用處不大。蘋果在設計上也禁止屢次調用init方法，例如以下代碼會拋出 NSInvalidArgumentException。

1 2	NSString * str = [NSString new]; str = [str initWithString:@"Bar"];

爲何這麼設計

說回來文章開始時提出來問題，爲何蘋果要這麼設計而其它語言不這麼設計？

上面提到，alloc其實不僅幹了申請內存的事情，還作了： 1. 內存管理的事情，設置Retain Count。 2. 運行時自省的功能，設置isa變量。 3. 非邏輯性的初使化功能，設置全部成員變量爲零。

簡單看來，根據設計模式的Single Responsibility的設計原則，蘋果以爲alloc和init是作的2件不一樣的事情，把這兩件事情分開放在2個函數中，對於程序員更加清楚明瞭。更詳細查閱文檔後，我以爲這是因爲歷史緣由，讓蘋果以爲alloc方法過於複雜，在歷史上，alloc不只僅是分配內存，還能夠詳細的指定該內存所在的內存分區（用NSZone表示）。這就是下面要提到的allocWithZone方法。

在《Cocoa Design Patterns》一書也提到，早期蘋果是建議程序員使用 allocWithZone來管理內存分配的，每一個NSZone表示一塊內存分區，allowWithZone方法能夠容許對象從指定分區分配內存。瞭解到這段歷史後，也不難理解蘋果這麼設計的緣由了。由於在這種狀況下，alloc要處理的狀況複雜，和init放到一塊兒不合適。

而對於大多數出生在90年代的語言來講(例如Java,JavaScript,C#)，因爲內存具體的分配方案都不須要程序員操心了，因此就不須要單獨爲內存分配實現一個alloc方法了。

後記

allocWithZone被廢棄

自從Mac OS X 10.5上引入了垃圾回收機制後，蘋果就不建議程序員使用allocWithZone了，事實上，cocoa框架也會忽略allocWithZone指定的分區。蘋果在文檔中也提到，allocWithZone僅僅是一個歷史遺留設計了。下圖是蘋果的文檔截圖：

Objective-C的歷史

Objective-C是一門很是老的語言。若是你查閱文檔，你會發現它和C++出生在同一時代（兩種語言的發行年份都是1983年），都是做爲C語言的面向對象的接班人被推出。固然，最終C++勝出。因爲歷史久遠，Objective-C也沒法有太多優秀的語言作參考，因此，有不少歷史遺留的設計。在2007年蘋果公司發佈了Obj-C 2.0, 對其進行了大量改進。

在最近幾年的WWDC大會上，每一年蘋果都會對Objective-C和其對應的LLVM編譯器進行改進，例如WWDC2011推出的ARC，WWDC2012推出的Object Literals等。因此如今使用Objective-C作開發已經很是舒服了。期待蘋果給開發者帶來更多驚喜。

 

http://blog.devtang.com/blog/2013/01/13/two-stage-creation-on-cocoa/