iOS——runtime（4）：淺析對象的建立

分析

在咱們的main.m中輸入如下代碼：

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    return 0;
}
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這段代碼相信你們一眼就能看懂。那麼，在代碼

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
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執行的過程當中究竟發生了什麼，你們是否瞭解呢。本文就帶你們研究一下alloc函數的實現過程。

alloc函數

進入 alloc函數，咱們不難發如今文件NSObject.m中已經有其實現：

+ (id)alloc {
    return _objc_rootAlloc(self);
}
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咱們繼續查看_objc_rootAlloc函數：

id
_objc_rootAlloc(Class cls)
{
    return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
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繼續查看函數callAlloc：

callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;

#if __OBJC2__
    if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
        // No alloc/allocWithZone implementation. Go straight to the allocator.
        // fixme store hasCustomAWZ in the non-meta class and 
        // add it to canAllocFast's summary if (fastpath(cls->canAllocFast())) { // No ctors, raw isa, etc. Go straight to the metal. bool dtor = cls->hasCxxDtor(); id obj = (id)calloc(1, cls->bits.fastInstanceSize()); if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls); obj->initInstanceIsa(cls, dtor); return obj; } else { // Has ctor or raw isa or something. Use the slower path. id obj = class_createInstance(cls, 0); if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls); return obj; } } #endif // No shortcuts available. if (allocWithZone) return [cls allocWithZone:nil]; return [cls alloc]; } 複製代碼

這段比較長，咱們稍微分析一下：

#if __OBJC2__
用於判斷objective-c 版本，是否是2.0，目前咱們使用的objective-c版本都是此版本。

slowpath和fastpath
其內部實現以下

#define fastpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 1))
#define slowpath(x) (__builtin_expect(bool(x), 0))
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所以其實就是了解__builtin_expect這個指令：

__builtin_expect這個指令是gcc引入的，做用是容許程序員將最有可能執行的分支告訴編譯器。這個指令的寫法爲：__builtin_expect(EXP, N)。
意思是：EXP==N的機率很大。

因此fastpath的含義是，爲1的機率大，slowpath的含義是爲0的機率大。

知道了這幾點，相信以上代碼應該能大體讀懂，將以上代碼進行註釋和省略部分宏定義以下：

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{
    if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
//若是該對象沒有本身的allocWithZone方法須要實現
    if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
    //查看一下類是否能快速分配內存
        if (fastpath(cls->canAllocFast())) {
        //查看一下類是否有析構函數
            bool dtor = cls->hasCxxDtor();
            //分配內存，給obj對象
            id obj = (id)calloc(1, cls->bits.fastInstanceSize());
            //若是分配失敗，那麼交給錯誤處理
            if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
            //初始化obj的isa
            obj->initInstanceIsa(cls, dtor);
            return obj;
        }
        else {
            id obj = class_createInstance(cls, 0);
            if (slowpath(!obj)) return callBadAllocHandler(cls);
            return obj;
        }
    }

    //若是allocWithZone 爲true，則實現allocWithZone 方法
    if (allocWithZone) return [cls allocWithZone:nil];
    return [cls alloc];
}
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看過筆者前面文章的讀者應該能大體理解上面代碼的含義了。主要運行了以下邏輯：

1. 建立對象並分配內存
2. 初始化isa屬性

建立對象這個很少說了，無非是獲取對象大小，而後分配內存。初始化isa這一步其實還有一些邏輯，進入方法initInstanceIsa能夠看到：

inline void 
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
    assert(!cls->instancesRequireRawIsa());
    assert(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());

    initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
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繼續進入方法：initIsa：

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
    assert(!isTaggedPointer()); 
    
    if (!nonpointer) {
        isa.cls = cls;
    } else {
        assert(!DisableNonpointerIsa);
        assert(!cls->instancesRequireRawIsa());
        isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
        assert(cls->classArrayIndex() > 0);
        newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
        isa = newisa;
    }
}
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這裏對以上代碼作個初步分析：

TaggedPointer
暫不作介紹，你們能夠先不用理解，後面的文章會給出分析。

SUPPORT_INDEXED_ISA
表示 isa_t 中存放的 Class 信息是 Class 的地址，仍是一個索引(根據該索引可在類信息表中查找該類結構地址)。經測試，iOS 設備上 SUPPORT_INDEXED_ISA 是 0。

所以以上代碼能夠簡寫成：

inline void 
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor) 
{ 
    assert(!isTaggedPointer()); 
    
    if (!nonpointer) {
        isa.cls = cls;
    } else {
        assert(!DisableNonpointerIsa);
        assert(!cls->instancesRequireRawIsa());
        //建立isa對象
        isa_t newisa(0);
        //設置佔位bits
        newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
        //有無析構函數
        newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
        //咱們熟悉的存儲對象類信息的字段
        newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
        //賦值
        isa = newisa;
    }
}
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init函數

init函數的實現相對來講很是簡單了，咱們看一下他的調用棧：

- (id)init {
    return _objc_rootInit(self);
}
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繼續分析_objc_rootInit：

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;
}
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總結

本文經過分析代碼：

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
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帶領你們分析了一下對象的建立過程，但願對你們理解對象建立有必定幫助。

做者：kyson

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