文章目录
  1. 1. 前言
  2. 2. 对象的创建
    1. 2.1. alloc 方法
    2. 2.2. init 方法
    3. 2.3. new
  3. 3. 为什么这么设计
  4. 4. 后记
    1. 4.1. allocWithZone 被废弃
  5. 5. Objective-C 的历史

前言

Objective-c 语言在申请对象的时,需要使用两段构造 (Two Stage Creation) 的模式。一个对象的创建,需要先调用 alloc 方法或 allocWithZone 方法,再调用 init 方法或 initWithSomething 方法。如下是一个 NSString 对象的创建示例:

NSString * str = [[NSString alloc] initWithString:@"http://blog.devtang.com"];

由于该语言的对象创建方法和大多数其它语言(如 C、C++、Java、JavaScript)都不一样,所以引起了我的好奇。是什么原因促使 Objective-C 做了这种设计,而又是什么原因促使大多数其它语言都采用 “new” 方法来一次性创建对象呢?

在看了 《Cocoa Design Patterns》 一书(顺便吐槽一下该书中文版翻译质量不高,建议看英文版),并且做了一些调研之后,我将总结分享给大家,欢迎大家讨论。

对象的创建

我们先来看看在对象的创建过程中,alloc 和 init 到底做了哪些事情。

alloc 方法

根据苹果的 官方文档。当对象创建时,cocoa 会从应用程序的虚拟地址空间上为该对象分配足够的内存。cocoa 会遍历该对象所有的成员变量,通过成员变量的类型来计算所需占用的内存。

当我们通过 alloc 或 allocWithZone 方法创建对象时,cocoa 会返回一个未” 初使化 “过的对象。在这个过程中,cocoa 除了上面提到的申请了一块足够大的内存外,还做了以下 3 件事:

  1. 将该新对象的引用计数 (Retain Count) 设置成 1。
  2. 将该新对象的 isa 成员变量指向它的类对象。
  3. 将该新对象的所有其它成员变量的值设置成零。(根据成员变量类型,零有可能是指 nil 或 Nil 或 0.0)

isa 成员变量是在 NSObject 中定义的,所以保证 Cocoa 的所有对象都带有此成员变量。借助该变量可以实现 Cocoa 对象在运行时的自省 (Introspection) 功能。

init 方法

大部分情况下,我们都不希望所有成员变量都是零,所以 init 方法会做真正的初使化工作,让对象的成员变量的值符合我们程序逻辑中的初始化状态。例如,NSMutableString 可能就会额外再申请一块字符数组,用于动态修改字符串。

init 还有一个需要注意的问题。某些情况下,init 会造成 alloc 的原本空间不够用,而第二次分配内存空间。所以下面的写法是错的:

NSString * s = [NSString alloc];
[s init]; // 这儿 init 返回的地址可能会变。s 原本的指针地址可能是无效的地址。

为此,苹果引入了一个编程规范,让大家写的时候将 alloc 和 init 写在一行。所以上面的代码正确的写法是

NSString * s = [[NSString alloc] init];

new

在后来,苹果也引入了类方法:new。但是由于历史原因,init 方法是实例方法而非类方法,所以作为类方法的 new,只能简单地等价于 alloc + init,不能指定 init 的参数,所以用处不大。苹果在设计上也禁止多次调用 init 方法,例如如下代码会抛出 NSInvalidArgumentException。

NSString * str = [NSString new];
str = [str initWithString:@"Bar"];

为什么这么设计

说回来文章开始时提出来问题,为什么苹果要这么设计而其它语言不这么设计?

上面提到,alloc 其实不只干了申请内存的事情,还做了:

  1. 内存管理的事情,设置 Retain Count。
  2. 运行时自省的功能,设置 isa 变量。
  3. 非逻辑性的初使化功能,设置所有成员变量为零。

简单看来,根据设计模式的 Single Responsibility 的设计原则,苹果觉得 alloc 和 init 是做的 2 件不同的事情,把这两件事情分开放在 2 个函数中,对于程序员更加清楚明了。更详细查阅文档后,我觉得这是由于历史原因,让苹果觉得 alloc 方法过于复杂,在历史上,alloc 不仅仅是分配内存,还可以详细的指定该内存所在的内存分区(用 NSZone 表示)。这就是下面要提到的 allocWithZone 方法。

《Cocoa Design Patterns》 一书也提到,早期苹果是建议程序员使用 allocWithZone 来管理内存分配的,每个 NSZone 表示一块内存分区,allowWithZone 方法可以允许对象从指定分区分配内存。了解到这段历史后,也不难理解苹果这么设计的原因了。因为在这种情况下,alloc 要处理的情况复杂,和 init 放到一起不合适。

而对于大多数出生在 90 年代的语言来说 (例如 Java,JavaScript,C#),由于内存具体的分配方案都不需要程序员操心了,所以就不需要单独为内存分配实现一个 alloc 方法了。

后记

allocWithZone 被废弃

自从 Mac OS X 10.5 上引入了垃圾回收机制后,苹果就不建议程序员使用 allocWithZone 了,事实上,cocoa 框架也会忽略 allocWithZone 指定的分区。苹果在文档中也 提到,allocWithZone 仅仅是一个历史遗留设计了。下图是苹果的文档截图:

Objective-C 的历史

Objective-C 是一门非常老的语言。如果你查阅文档,你会发现它和 C++ 出生在同一时代(两种语言的发行年份都是 1983 年),都是作为 C 语言的面向对象的接班人被推出。当然,最终 C++ 胜出。由于历史久远,Objective-C 也无法有太多优秀的语言做参考,所以,有很多历史遗留的设计。在 2007 年苹果公司发布了 Obj-C 2.0, 对其进行了大量改进。

在最近几年的 WWDC 大会上,每年苹果都会对 Objective-C 和其对应的 LLVM 编译器进行改进,例如 WWDC2011 推出的 ARC,WWDC2012 推出的 Object Literals 等。所以现在使用 Objective-C 做开发已经非常舒服了。期待苹果给开发者带来更多惊喜。