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「OC」源码学习——alloc与init的实现

news 来源：原创 2025/7/22 3:22:08

「OC」源码学习——alloc与init的实现

前言

费劲千辛万苦终于项目给写完了，进入下一个阶段，源码的学习

alloc的调用顺序

我们在main函数之中打上断点，先运行

再在alloc之中的各个函数之中打上断点，在关键步骤上打上断点，我们可以，很容易总结出我们alloc源码的编译流程。

先说结论，编译的具体流程如下

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流程探究

接下来我们在按照这个顺序进行断点调试，我们现在alloc与objc_alloc处打一个断点，运行程序，我们会发现我们的断电先停在的是objc_alloc内，查看网上的资料，这是因为LLVM 在编译阶段会将 alloc 符号替换为 objc_alloc 入口点。

接着继续步入，断点情况如下

进入alloc流程之中的核心callAlloc，对两个return打上断点，我们可以看到，自定义类在第一次进入callAlloc的时候，是会使用消息转发的方法，再去调用真正的alloc函数

至于为何需要走两次callAlloc的原因我们先按下不表，接着程序再次调用callAlloc，这次我们会发现断点打在了_objc_rootAllocWithZone之中

请添加图片描述

进入函数看看

这个函数内容过于复杂，等到下一篇文章再详细阐述，我们只要知道，这个程序是动态创建类实例的核心函数，用于分配内存并初始化实例的 isa 指针。

Objective-C 中自定义类的 alloc 方法调用流程涉及双重 callAlloc 的机制，其根源在于 类初始化延迟 和 运行时多态性设计。以下是该流程的核心原因及分步解析：

1. 首次调用 `objc_alloc`

入口：id objc_alloc(Class cls) 是运行时提供的全局分配函数。
目的：
- 检查类是否已初始化（cls->isRealized()）。
- 若未初始化，触发 class_initialize() 完成类加载。

2. 进入 `callAlloc`

参数：checkNil=true，allocWithZone=false。
逻辑：
- 检查类是否存在（slowpath(checkNil && !cls)）。
- 若类支持优化路径（未重写 allocWithZone:），直接调用 _objc_rootAllocWithZone。

3. 动态派发 `objc_msgSend`

触发条件：若类重写了 allocWithZone:，需通过消息发送调用自定义逻辑。
结果：进入类的 +alloc 方法，最终再次调用 callAlloc。

4. 第二次 `callAlloc`

参数：checkNil=false，allocWithZone=true。
逻辑：
- 直接调用 _objc_rootAllocWithZone，跳过安全检查。
- 最终通过 _class_createInstanceFromZone 完成内存分配和 isa 绑定。

两次进入的区别

我们现在在来看看两次进入callAlloc究竟有什么区别

第一次调用 callAlloc 时，参数 checkNil=true，在程序之中需要验证类是否存在。

第二次调用 callAlloc 时，参数 checkNil=false，跳过安全检查。

其实差别就在于，后面传进的两个布尔值，其实就是是否需要进行安全检查。在第一次进入callAlloc会做一次检查，确保对应的类不为空。

为何自定义类需要进入两次callAlloc

static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false)
{if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);}// 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));
}

系统类（如 NSObject）：

因为NSObject在编译时已完成isa指针的初始化。所以不需要经过两次callAlloc

只需要直接进入objc_alloc->callAlloc->_objc_rootAllocWithZone直接申请空间即可

自定义类：

第一次 callAlloc 通过 objc_alloc 进入，目的是 检查类的初始化状态，类初次创建是没有默认的alloc/allocWithZone实现的所以继续向下执行进入到msgSend消息发送流程，为这个类进行初始化。
第二次 callAlloc，此时类已初始化完成，进入实际内存分配逻辑。
callAlloc 的分支逻辑：
```
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil); // 直接分配内存
} else {return objc_msgSend(cls, @selector(alloc)); // 通过消息发送调用自定义逻辑
}
```
- hasCustomAWZ()：检测类是否重写了 allocWithZone: 方法。
- 若未重写（默认情况），直接调用 _objc_rootAllocWithZone 分配内存。
- 若重写，则通过 objc_msgSend 触发动态派发，确保调用正确的 alloc 实现。
那么源码是如何查看缓存的呢，我们进入hasCustomAWZ()看一下
```
#   define FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ    (1<<14)
bool hasCustomAWZ() const {return !cache.getBit(FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ);}bool getBit(uint16_t flags) const {return _flags & flags;}
```
FAST_CACHE_HAS_DEFAULT_AWZ宏定义表示是否实现alloc/allocWithZone位域标识位

为了证明是类没有初始化的问题才导致callAlloc函数在类第一次被调用的时候被进入两次，我们可以通过在申请一次空间来尝试一下，断点和之前的一样。
```
GGObject *obj = [GGObject alloc];
GGObject *obj2 = [GGObject alloc];
```
我们发现obj2的alloc调用顺序就和NSObject一样了。objc_alloc->callAlloc->_objc_rootAllocWithZone

但紧接着问题又来了，重复进入callAlloc的原因我们找到了，那为什么要设置这个流程，这个所谓的类初始化实在哪里开始的呢？

查看hasCustomAWZ()的调用栈可以看到，有个名字为 _objc_msgSend_uncached的方法，其实也很好理解，就是消息发送给了一个初始化信息的类之中，其实就是在消息转发这一步顺带把第一次调用的类进行初始化，然后在第二次进入hasCustomAWZ()就能进入

_objc_rootAllocWithZone

双重 callAlloc 流程是 Objective-C 运行时与编译器协作的产物，其核心目的是 确保类初始化完成 和 兼容自定义内存分配逻辑。这一机制平衡了性能、灵活性与安全性，是 Objective-C 动态特性的典型体现。

init

其实点进去init，很简单，就是把内容返回一次，如此设计的原因是为了让整个程序符合工厂模式的设计理念，我们可以通过简单的重新init的方法去实现较为复杂的其他操作。

总结

其实我是想讲整一个alloc的流程梳理完整再将内容发出，无奈一个完完整整的流程涉及的内容实在过多，有想要了解的可以看 OC对象底层内存开辟和实现(中)了解初始化类的完整流程

参考资料

iOS-底层原理 02：alloc & init & new 源码分析

iOS-底层原理 04：NSObject的alloc 源码分析

OC对象底层内存开辟和实现(中)