对象初始化alloc和init嵌套调用的原因

在objective-c基础教程中有说到在初始化的时候务必要像下面这样的写法：

Car *car = [[Car alloc] init];

而不能这样写：

Car *car = [Car alloc];
[car init];

这是因为初始化方法返回的对象可能与分配的对象不同，而这都是类簇所造成。下面就介绍下什么是类簇。

类簇，是由一个抽象的父类及一组私有化(private)的具体子类组成。程序员只能用父类对外提供的接口(interface)来生成类簇中某个具体的子类对象。

象类Number是类簇中各子类的父类，而用灰色表示的各个子类，是私有子类(private subclass)，私有子类的意思是，程序员无法访问到这些子类，也无法直接用子类生成对象，程序员只能通过Number这个抽象父类对外公开的接口来生成各个具体子类的对象。

为什么需要这样来设计呢？类簇解决的是什么问题呢？让我们还是用上面的例子来说明。

Char，UnsignedChar，Short，UnsignedShort，Int，UnsignedInt，LongInt这些子类，都可以存储数字，只不过是不同种类的数字，这些不同种类的数字实际上有很多共同的特点（比如可以从一种类型转换成另外一种，活着它们都可以转换成字符串(string)），那这些不同种类的数字，可以定义成一个类吗？这是不可以的，因为不同种类的数字，它们所占的内存空间并非一样大，如果将它们归并为一个类，效率是非常低的。基于这点现实的考虑，所以提出了类簇(Class Clusters)的设计模式来解决这个经常会出现的问题。其中抽象父类中来定义方法（可以实现比如不同子类间类型转换等等功能），而不定义属性。

引入类簇(Class Clusters)设计模式后，所有的子类均继承自一个抽象的父类(abstract superclass)，而具体的子类又是私有的(private subclass)，程序员只能通过其共同的抽象父类来生成子类对象，比如上图中的抽象父类是Number那么问题出现了，既然只能通过Number公开的接口来生成子类的对象，那么这个Number是怎么生成我们想要的具体子类对象呢？

为了解决这个问题，类簇中的抽象父类必须定义出生成类簇中不同子类对象的方法(method)，程序员通过给抽象父类发送不同的消息，抽象父类返回消息所对应的子类的对象，这就是抽象父类的使命。拿NSNumber类举个例子，NSNumber是一个类簇的抽象父类，下面有Char，Int，Float，Double等这些子类，你可以通过给NSNumber发送如下消息来生成不同子类的对象。

编程语言 Objective-C 详解Objective-C 类簇Class-Clusters 转载请保留此行.谢谢.

下面是对NSArray类簇的详解

Class Clusters

Class Clusters（类簇）是抽象工厂模式在iOS下的一种实现，众多常用类，如NSString、NSArray、NSDictionary以及NSNumber都运作在这一模式下，它是接口简单性和扩展性的权衡体现，在我们完全不知情的情况下，偷偷隐藏了很多具体的实现类，只暴露出简单的接口。

NSArray的类簇

虽然官方文档中拿NSNumber说事儿，但Foundation并没有像图中描述的那样为每个number都弄一个子类，于是研究下NSArray类簇的实现方式。

__NSPlacehodlerArray

熟悉这个模式的同学很可能看过下面的测试代码，将原有的alloc+init拆开写：


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id obj1 = [NSArray alloc]; // __NSPlacehodlerArray *

id obj2 = [NSMutableArray alloc];  // __NSPlacehodlerArray *

id obj3 = [obj1 init];  // __NSArrayI *

id obj4 = [obj2 init];  // __NSArrayM *

发现+ alloc后并非生成了我们期望的类实例，而是一个__NSPlacehodlerArray的中间对象，后面的- init或- initWithXXXXX消息都是发送给这个中间对象，再由它做工厂，生成真的对象。这里的__NSArrayI和__NSArrayM分别对应Immutable和Mutable（后面的I和M的意思）

于是顺着思路猜实现，__NSPlacehodlerArray必定用某种方式存储了它是由谁alloc出来的这个信息，才能在init的时候知道要创建的是可变数组还是不可变数组

于是乎很开心的去看了下*obj1的内存布局：

下面是32位模拟器中的内存布局（64位太长不好看就临时改32位了- -），第一个箭头是*obj1，第二个是*obj2

我们知道，对象的前4字节（32位下）为isa指针，指向类对象地址，上图所示的0x0051E768就是__NSPlacehodlerArray类对象地址，可以从lldb下po这个地址来验证。

那么问题来了，这个中间对象并没有储存任何信息诶（除了isa外就都是0了），那它init的时候咋知道该创建什么呢？

经过研究发现，Foundation用了一个很贱的比较静态实例地址方式来实现，伪代码如下：


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static __NSPlacehodlerArray *GetPlaceholderForNSArray() {

    static __NSPlacehodlerArray *instanceForNSArray;

    if (!instanceForNSArray) {

        instanceForNSArray = [[__NSPlacehodlerArray alloc] init];

    }

    return instanceForNSArray;

}

static __NSPlacehodlerArray *GetPlaceholderForNSMutableArray() {

    static __NSPlacehodlerArray *instanceForNSMutableArray;

    if (!instanceForNSMutableArray) {

        instanceForNSMutableArray = [[__NSPlacehodlerArray alloc] init];

    }

    return instanceForNSMutableArray;

}

// NSArray实现

+ (id)alloc

{

    if (self == [NSArray class]) {

        return GetPlaceholderForNSArray()

    }

}

// NSMutableArray实现

+ (id)alloc

{

    if (self == [NSMutableArray class]) {

        return GetPlaceholderForNSMutableArray()

    }

}

// __NSPlacehodlerArray实现

- (id)init

{

    if (self == GetPlaceholderForNSArray()) {

        self = [[__NSArrayI alloc] init];

    }

    else if (self == GetPlaceholderForNSMutableArray()) {

        self = [[__NSArrayM alloc] init];

    }

    return self;

}

Foundation不是开源的，所以上面的代码是猜测的，思路大概就是这样，可以这样验证下：


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id obj1 = [NSArray alloc]; 

id obj2 = [NSArray alloc];

id obj3 = [NSMutableArray alloc];

id obj4 = [NSMutableArray alloc];

// 1和2地址相同，3和4地址相同，无论多少次都相同，且地址相差16位

静态不可变空对象

除此之外，Foundation对不可变版本的空数组也做了个小优化：


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NSArray *arr1 = [[NSArray alloc] init];

NSArray *arr2 = [[NSArray alloc] init];

NSArray *arr3 = @[];

NSArray *arr4 = @[];

NSArray *arr5 = @[@1];

上边1-4号都指向了同一个对象，而arr5指向了另一个对象。

若干个不可变的空数组间没有任何特异性，返回一个静态对象也理所应当。

不仅是NSArray，Foundation中如NSString, NSDictionary, NSSet等区分可变和不可变版本的类，空实例都是静态对象（NSString的空实例对象是常量区的@""）

所以也给用这些方法来测试对象内存管理的同学提个醒，很容易意料之外的。

转载自：http://www.cocoachina.com/ios/20141219/10696.html
参考：

https://developer.apple.com/library/ios/documentation/general/conceptual/CocoaEncyclopedia/ClassClusters/ClassClusters.html

http://iphonedevwiki.net/index.php/Foundation.framework/Inheritance_hierarchy

时间： 2024-08-03 09:31:49

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