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。