第2课-OC对象原理上-1

最新推荐文章于 2022-09-06 09:12:28 发布

落泪无痕

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文章标签： iOS底层原理

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/wang1514869032/article/details/124084574

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本文详细探讨了Objective-C中`alloc`函数的底层实现，包括通过符号断点、汇编代码以及源码调试等方法探索`alloc`的执行流程。文章详细讲解了内存分配、对象字节对齐的原理，包括普通对象、嵌套对象和继承对象的字节对齐规则，并通过实例分析了成员变量和属性在内存中的布局。同时，文章还介绍了源代码编译调试技巧，以及编译优化对字节对齐和内存分配的影响。

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第2课-OC对象原理上-1

[TOC]

1.1 alloc对象的指针地址和内存

首先我们看下面代码的执行

ZBPerson *p1 = [ZBPerson alloc];
ZBPerson *p2 = [p1 init];
ZBPerson *p3 = [p1 init];

NSLog(@"%@-%p-%p", p1, p1, &p1);
NSLog(@"%@-%p-%p", p2, p2, &p2);
NSLog(@"%@-%p-%p", p3, p3, &p3);

打印如下：

2022-03-18 19:49:27.611250+0800 001-alloc&init探索-Demo[86438:3286512] <ZBPerson: 0x6000027c0360>-0x6000027c0360-0x7ff7b43f2e58
2022-03-18 19:49:27.611430+0800 001-alloc&init探索-Demo[86438:3286512] <ZBPerson: 0x6000027c0360>-0x6000027c0360-0x7ff7b43f2e50
2022-03-18 19:49:27.611564+0800 001-alloc&init探索-Demo[86438:3286512] <ZBPerson: 0x6000027c0360>-0x6000027c0360-0x7ff7b43f2e48

通过以上代码可以得到：

p1执行alloc之后在堆上分配了一块内存，0x6000027c0360，p1指向该内存地址的对象
p1,p2,p3指针相同，指向同一个对象
在栈上连续分配了3块内存用来保存变量p1,p2,p3

那么接下来我们探索alloc函数底层具体执行了什么？那我们怎么探索底层源码呢？

1.2 底层探索的三种方法

1.2.1 符号断点

在探索之前，我们先了解一下Xcode的符号断点符号断点(Symbolic Breakpoint)

Symbolic Breakpoint为符号断点，可以针对某一个方法(函数)设置断点并暂停执行；有时候，我们并不清楚会在什么情况下调用某一个函数，那我们可以通过符号断点来跟踪获取调用该函数的程序堆栈

Xcode中添加符号断点如下

添加之后，会弹出如下设置页面

各字段含义如下： Symbol：填入你想设置断点的方法（例如：-[NSException raise]，-号是实例方法，+号是类方法）。你也可以输入：objc_exception_throw malloc_error_break //跟踪调试释放了2次的对象 -[NSObject doesNotRecognizeSelector:] //向某个object发送没有的方法

Module：填入要设置断点的方法或函数是否在位于dylib中，默认不填。

Conditon：填入条件，例如：(BOOL)[item isEqualToString:@“test”]前面的（BOOL）是必须的。否则console会提示类型不符合，导致条件不能生效。意思是item（NSString）是test时停下。同样可以写一下判断的方法比如用来确定类类型的isKindOfClass:，确定对象在继承体系中的位置的isMemberOfClass:，判断一个对象是否能接收某个特定消息的respondsToSelector:，判断一个对象是否遵循某个协议的conformsToProtocol:，以及提供方法实现地址的methodForSelector:等。

Ignore：忽略几次。

Action：可在程序断点执行后增加额外动作（Applescript，捕捉动画帧速，调试器命令（lldb），输入log记录，终端命令（shell）,播放声音）例如：Debugger Commond中可填入 po item 输出 item变量的值 bt 表示输出方法调用堆栈信息

1.2.2 方式1：使用符号断点探索底层函数的执行

首先在alloc函数地方打个断点，执行alloc函数时按住ctrl点击调试小箭头，即可进入到底层函数

如果我们想要进一步了解objc_alloc函数的底层代码，那么我们打一个符号断点，查看底层代码的具体执行逻辑

接着再次执行断点我们就可以看到 objc_alloc实际会继续向下执行_objc_rootAllocWithZone和objc_msgSend函数其中上图中libobjc.a.dylib就是OC底层的动态库，所以我们得出如下结论：

1. alloc函数的执行最后是执行libobjc.a.dylib动态库里面objc_alloc函数

如果我们还想继续查看_objc_rootAllocWithZone和objc_msgSend函数的底层逻辑，那么可以再将这两个函数设置符号断点，进一步查看底层代码逻辑。

1.2.3 方式2：通过汇编探索底层函数的执行

首先我们需要在断点处，打开汇编设置

接下来我们就可以看到汇编源码了

从汇编结果中我们可以看到，断点下一行 0x10b54fe0a <+58>: callq 0x10b5503c2 ; symbol stub for: objc_alloc 虽然我们看不懂汇编，但是通过call->symbol stub for: objc_alloc我们也可以大致理解，接下来函数会调用objc_alloc这个符号所代表的的函数。

接着ctrl一步步执行，最后还是会执行到OC的动态库

1.2.4 方式3：直接通过符号断点确定底层函数的执行

例如我们直接对alloc打上符号断点

执行之后可以直接得到libobjc.A.dylib+[NSObject alloc]:`

1.2.5 混合方式：汇编结合源码调试分析

我们到苹果开源官网下载底层源码。 https://opensource.apple.com/ https://opensource.apple.com/tarballs/

我们可以搜索objc

或者通过另一个网站下载

我们这里下载objc4-818.2这个库

下载成功之后打开这个库文件

然后在源码中搜索 alloc { 可以得到

首先alloc定位到了NSObjec.mm文件，这里是一个Objective-c++汇编文件

执行alloc会执行_objc_rootAlloc

  _objc_rootAlloc(Class cls)
  {
      return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
  }

接着执行callAlloc 这里OBJC2是指的OC底层2.0版本的源码，当然还有1.0版本，这里做了版本控制。

接下来的代码执行，如果不清楚到底走哪个分支，那么可以通过将callAlloc函数设置符号断点来调试查看函数接下来具体执行的内容。
```
      // 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));
```
那么回到我们之前的ZBPerson断点处，我们添加一个_objc_rootAlloc的符号断点，再次执行其中我们使用register read指令读取寄存器的内容。
regsiter read: 读取寄存器的内容
register read x0：读取某个寄存器的内容

通过上面的汇编代码我们可以知道函数的执行顺序为， _objc_rootAlloc==》_objc_rootAllocWithZone==》objc_msgSend

所以我们回过头来在看源码：

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));
}

所以#if __OBJC2__分支的代码一定运行了。