本文主要内容
目标的底层探究
1.alloc底层调用流程探求
2.编译器的优化
3.目标的内存对齐办法
4.目标的实质
5.结构体的内存对齐办法
一、背景
开发进程中，咱们创立某个类的实例目标时通常会运用alloc、init，例如创立一个HGPerson类型的目标p,则会写：
HGPerson *p = [[HGPerson alloc] init];
为了研讨目标究竟是怎么创立的，将其分隔为如下写法并打印：
HGPerson *p = [HGPerson alloc];
HGPerson *p1 = [p init];
HGPerson *p2 = [p init];
NSLog(@"p = %@, p1 = %@, p2 = %@",p, p1, p2);
打印成果为：
p = <HGPerson: 0x6000034d80d0>, p1 = <HGPerson: 0x6000034d80d0>, p2 = <HGPerson: 0x6000034d80d0>
由此发现目标p、p1、p2的内存地址完全一致，即代表是同一个目标。为了进一步验证其正确性，为HGPerson类增加一个特点：
@property (nonatomic, assign, readwrite) int age;
给目标p的age特点赋值并增加打印：
p.age = 18
NSLog(@"p1.age = %d, p2.age = %d",p1.age, p2.age);
打印成果为：
p1.age = 18, p2.age = 18
进一步阐明目标p、p1、p2为同一个目标！实在太神奇了！ 一起得出一个结论：
在运用alloc、init创立目标时，只要alloc会开辟内存空间，而init不会！
想搞清楚alloc时苹果在底层究竟做了哪些工作，需求去研讨其底层源码，找到对应的源码，本文运用“objc4-838.1”。
Apple open source官方获取地址：
源码原地址：opensource.apple.com/tarballs/（已停更）
源码最新地址：opensource.apple.com/releases/
二、探求底层的三种办法
（1）在”HGPerson*p = [HGPersonalloc];”处打断点，模拟器和真机别离运转，到断点处后，按住Control+Stepinto，找究竟层函数objc_alloc，此刻无法看究竟层的源码。
模拟器运转：
为了研讨底层，持续Control+Stepinto，即可找到”libobjc.A.dylib`objc_alloc”（增加Symbolic Breakpoint符号断点(objc_alloc))，结合源码持续剖析.
真机运转：
（2）经过汇编跟流程，先运转工程等待跳转到”HGPerson*p = [HGPersonalloc];”断点处，在Debug-> Debug Workflow -> Always show Disassembly翻开汇编调试东西，找到objc_alloc，增加符号断点盯梢。
模拟器运转：
真机运转：
（3）经过已知办法即alloc，增加符号断点alloc,找到“libobjc.A.dylib`+[NSObject alloc]”：
三、alloc底层调用流程探求(前)（汇编+符号断点+源码）
以真机为例
第一步，在”HGPerson*p = [HGPersonalloc];“处打断点,运转到断点后，翻开汇编调试，立刻跳转到汇编调试界面，如下：
跳转到符号objc_alloc，对应上层即为调用“objc_alloc”函数，增加符号断点“objc_alloc”，点击“Continue program execution”持续运转：
能够看到此刻汇编中有2个”b“跳转指令，单步运转检查实践履行哪个跳转，发现履行第2个跳转，如下图：
读取寄存器发现，第2个跳转“objc_msgSend”函数实践便是经过“HGPerson”调用了”alloc”办法。
第二步，增加”[NSObject alloc]“符号断点：
第三步，Control+Stepinto，进入_objc_rootAlloc内部，又存在两个跳转b,单步履行后实践调用_objc_rootAllocWithZone。
第四步，再进入 _objc_rootAllocWithZone内部，有ret即reture指令，结合源码和寄存器读取得出结论：在_objc_rootAllocWithZone函数后即回来一个目标！也便是说假如类继承自NSObject时，创立类目标时直接调用alloc办法即可创立一个目标。
总结alloc的底层流程图如下：
弥补内容：探求init的效果
在HGPerson *p1 = [p init];处打断点并运转工程，履行到此处时增加符号断点[NSObject init],其内部只要一个ret回来，读取此刻的寄存器，回来HGPerson目标。
init的效果：
一种工厂模式。供开发者重写init办法，在内部进行初始化赋值等操作，如运用NSArray等时不调用init办法会出现过错。
四、编译器优化
在“三、alloc底层调用流程探求”的第四步，汇编盯梢到_objc_rootAll- -ocWithZone内部即显现ret回来，而在源码_objc_rootAllocWithZo- -ne函数中调用_class_createInstanceFromZone函数才会回来目标。为什么会出现这种状况呢？
实践上是编译器进行了优化处理。在工程的”Build Settings“中的“Optimization Level”即可设置编译器优化等级。
以下简单举例阐明：
默许编译器优化等级Debug为“None”
打断点后汇编调试，即便没有运用a、b，仍然会显现出来。
修改等级为“Fastest[-O3]”,没有引用的变量会被优化。
五、alloc底层调用流程探求(后)（汇编+符号断点+源码）
结合以上编译器优化的性能，在源码中再次进行alloc调用流程盯梢：
alloc -> objc_alloc -> callAlloc -> objc_msgSend -> alloc -> _objc_rootAlloc -> callAlloc -> _objc_rootAllocWithZone -> _class_createInstanceFromZone.
留意⚠️：在汇编盯梢时，2次callAlloc未显现，是因为编译器的优化导致。
备用常识栏
汇编指令和LLDB相关命令见如下文章: /post/709823…
六、目标的内存对齐(字节对齐算法)
在创立实例目标的_class_createInstanceFromZone函数中，目标内部内存是以8字节对齐，而体系分配内存时以16字节对齐，以空间换时刻，CPU读取内存时以内存块为单位读取，保证CPU的高效读取。
剖析目标内存巨细核算进程：
1.调用函数instanceSize->alignedInstanceSize->word_align
,calloc函数结合libmalloc源码看底层。
留意：
1.能够看出“instanceSize“仅仅核算目标需求的内存巨细，目标的内存巨细最终由“obj = (id)calloc(1, size);”决议，其内部是以16字节对齐的；
2.“alignedInstanceSize”中能够看出内存巨细最小为16字节。
2.内存对齐算法，64位时8字节对齐，32位时4字节对齐。
8字节对齐算法解读：return (x + WORD_MASK) & ~WORD_MASK;
即(x + 7) & -7,相当于(x + 7) >>3 <<3，低3位清0。
16字节对齐算法解读：return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
相当于(x + 15) >>4 <<4，低4位清0。
总结：因为目标中一定含有isa指针，其占用8字节，为了防止因不同目标内存紧挨可能导致的误读，一起进步CPU的读取速率，采用以空间换时刻的办法，遵循16字节对齐(归纳考虑，最优效果，假如更高如32字节浪费内存)，进步CPU功率。
七、目标的实质
创立一个空工程(02_目标的实质)，main.m路径下，在终端运用clang命令编译main.m文件，clang -rewrite-objc main.m，得到main.cpp文件。
main.cpp文件中搜索HGPerson，能够看到HGPerson实质是一个objc_object类型的结构体，结构体中包括isa + 成员变量的值(age和name).
扩展：实践上，isa也是一个objc_class类型的结构体！
八、结构体的内存对齐
1.结构体内存对齐的规矩
数据成员对齐规矩：结构体(struct)的第一个数据成员放在offset为0的当地，今后每个数据成员存储的起始位置要从该成员巨细或许成员的子成员巨细的整数倍开端(比如int为4字节，则要从4的整数倍地址开端存储)；结构体作为成员：假如一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从内部最大元素巨细的整数倍地址开端存储。(struct a里存有struct b,b里有char,int,double等元素，那b应该从8的整数倍开端存储)；收尾工作：结构体的总巨细，也便是sizeof的成果有必要是其内部最大成员的整数倍，缺乏的要补齐。
如下图举例具体阐明：
特别留意:
1.struct4结构体中直接最大元素为int类型，假如最终的sizeof巨细为4的倍数即为36，但实践为40，即阐明，假如结构体内部包括结构体，则结构体内部最大成员包括其内部结构体的最大成员！
2.结构体的内存巨细和其内部元素的排列顺序有关，顺序不同，分配的内存不同！
思路总结：底层探究流程
- Apple底层的内容太多，怎么开端；
- 拿出目标最了解的alloc作为案例开端研讨剖析；
- 怎么剖析：经过底层源码了解；
- 底层源码剖析办法：3种办法；
- 经过底层源码借助汇编等相关调试办法开端流程剖析；
- 经过调试得出alloc的流程剖析图，了解编译器的优化；
- 根据文章最初发现alloc时便是开辟内存，开端剖析内存；
- 经过LLDB调试验证目标的内存，得出目标的内存对齐办法、结构体的内存对齐办法等。
有任何问题，欢迎各位评论指出！觉得博主写的还不错的麻烦点个赞喽
