iOS alloc 原理深入剖析

2023-09-25 04:30:01

揭开 iOS 开发中 alloc 的神秘面纱

探索 alloc 函数的底层工作原理及其在内存管理中的关键作用

在 iOS 开发领域，alloc 函数是分配内存空间的基石。它是一个至关重要的工具，为应用程序中对象的实例化提供了必要的基础。然而，alloc 的底层工作原理却鲜为人知。本文旨在深入探究 alloc 的内部运作机制，揭示其在 iOS 内存管理中的关键作用。

alloc 的职责

alloc 函数属于 Objective-C 运行时库，负责分配指定大小的内存块。它接收一个 Class 对象作为参数，该对象表示要分配内存的类。alloc 返回一个指向分配内存块的指针，该指针被隐式转换为该类的实例。

Objective-C 中的内存管理

Objective-C 采用引用计数机制进行内存管理。当一个对象被引用时，其引用计数就会增加；当它不再被引用时，其引用计数就会减少。当引用计数降至 0 时，对象将被自动释放。

alloc 的工作原理

当调用 alloc 函数时，Objective-C 运行时会执行以下步骤：

寻找空闲内存块： 运行时在内存中维护一个空闲内存块列表，用于存储尚未分配的内存块。alloc 函数会从列表中查找一个与所需大小相匹配的空闲内存块。
分配内存块： 如果找到合适的空闲内存块，alloc 函数就会将其分配给调用者。如果找不到合适的空闲内存块，alloc 函数会向操作系统请求更多内存。
初始化内存块： 分配内存块后，alloc 函数会调用该类的 init 方法对其进行初始化。init 方法负责设置对象的实例变量和执行其他必要的初始化任务。

类结构与 alloc

每个 Objective-C 类都有一个类结构，其中包含指向其 alloc 方法的指针。当调用类的 alloc 方法时，实际上是调用了类结构中的 alloc 函数指针。

类结构还包含其他信息，例如类的名称、超类以及指向其实例方法和类方法的指针。这些信息对于 Objective-C 运行时的正常运行至关重要。

alloc 的性能优化

alloc 函数是一个常用的操作，因此对其进行性能优化非常重要。Objective-C 运行时使用了以下技术来优化 alloc 的性能：

对象池： 运行时维护了一个对象池，其中存储了预先分配的、未初始化的对象实例。当调用 alloc 函数时，运行时可以从对象池中获取一个对象，而不是从操作系统请求内存。
快速分配： 当找不到合适的空闲内存块时，运行时会向操作系统请求更多内存。为了提高性能，运行时使用了一个称为快速分配的技术。快速分配允许运行时直接从操作系统获取连续的内存块，无需对内存进行碎片整理。

示例

为了更好地理解 alloc 的工作原理，我们来看一个示例：

// 分配一个 NSString 对象的内存
NSString *name = [NSString alloc];

// 初始化 NSString 对象
[name initWithString:@"John Doe"];

// 使用 NSString 对象
NSLog(@"%@", name);

// 释放 NSString 对象
name = nil;