iOS-底層原理 20：OC底層面試解析

iOS 底層原理 文章匯總

【面試-1】Runtime Asssociate方法關(guān)聯(lián)的對象嗦随，需要在dealloc中釋放?

當我們對象釋放時，會調(diào)用dealloc

  • 1敬尺、C++函數(shù)釋放 ：objc_cxxDestruct
  • 2枚尼、移除關(guān)聯(lián)屬性：_object_remove_assocations
  • 3、將弱引用自動設(shè)置nil：weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
  • 4砂吞、引用計數(shù)處理：table.refcnts.erase(this）
  • 5署恍、銷毀對象：free(obj)

所以，關(guān)聯(lián)對象不需要我們手動移除蜻直，會在對象析構(gòu)即dealloc時釋放

dealloc 源碼

dealloc的源碼查找路徑為：dealloc -> _objc_rootDealloc -> rootDealloc -> object_dispose（釋放對象）-> objc_destructInstance -> _object_remove_assocations

  • 在objc源碼中搜索dealloc的源碼實現(xiàn)

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  • 進入_objc_rootDealloc源碼實現(xiàn)盯质，主要是對對象進行析構(gòu)

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  • 進入rootDealloc源碼實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)其中有關(guān)聯(lián)屬性時設(shè)置bool值袭蝗，當有這些條件時唤殴，需要進入else流程

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  • 進入object_dispose源碼實現(xiàn)，主要是銷毀實例對象

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  • 進入objc_destructInstance源碼實現(xiàn)到腥，在這里有移除關(guān)聯(lián)屬性的方法

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  • 進入_object_remove_assocations源碼朵逝，關(guān)聯(lián)屬性的移除，主要是從全局哈希map中找到相關(guān)對象的迭代器乡范，然后將迭代器中關(guān)聯(lián)屬性配名，從頭到尾的移除

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【面試-2】方法的調(diào)用順序

類的方法 和 分類方法 重名啤咽，如果調(diào)用，是什么情況渠脉？

  • 如果同名方法是普通方法宇整，包括initialize -- 先調(diào)用分類方法

    • 因為分類的方法是在類realize之后 attach進去的，插在類的方法的前面芋膘，所以優(yōu)先調(diào)用分類的方法（注意：不是分類覆蓋主類Ａ矍唷！）

    • initialize方法什么時候調(diào)用为朋？ initialize方法也是主動調(diào)用臂拓，即第一次消息時調(diào)用，為了不影響整個load习寸，可以將需要提前加載的數(shù)據(jù)寫到initialize中

  • 如果同名方法是load方法 -- 先 主類load胶惰，后分類load（分類之間，看編譯的順序）

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【面試-3】Runtime是什么霞溪？

  • runtime是由C和C++匯編實現(xiàn)的一套API孵滞，為OC語言加入了 面向?qū)ο蟆⒁约斑\行時的功能

  • 運行時是指將數(shù)據(jù)類型的確定由編譯時 推遲到了 運行時

    • 舉例：extension 和 category 的區(qū)別

  • 平時編寫的OC代碼鸯匹，在程序運行的過程中坊饶，其實最終會轉(zhuǎn)換成runtime的C語言代碼， runtime是OC的幕后工作者

1殴蓬、category 類別幼东、分類

  • 專門用來給類添加新的方法

  • 不能給類添加成員屬性，添加了成員屬性科雳，也無法取到

  • 注意：其實可以通過runtime 給分類添加屬性，即屬性關(guān)聯(lián)脓杉，重寫setter糟秘、getter方法

  • 分類中用@property 定義變量，只會生成變量的setter球散、getter方法的聲明尿赚，不能生成方法實現(xiàn) 和 帶下劃線的成員變量

2、extension 類擴展

  • 可以說成是特殊的分類 蕉堰，也可稱作 匿名分類

  • 可以給類添加成員屬性凌净，但是是私有變量

  • 可以給類添加方法，也是私有方法

【面試-4】方法的本質(zhì)屋讶，sel是什么冰寻？IMP是什么？兩者之間的關(guān)系又是什么皿渗？

  • 方法的本質(zhì)：發(fā)送消息斩芭，消息會有以下幾個流程

    • 快速查找（objc_msgSend） - cache_t緩存消息中查找

    • 慢速查找 - 遞歸自己|父類 - lookUpImpOrForward

    • 查找不到消息：動態(tài)方法解析 - resolveInstanceMethod

    • 消息快速轉(zhuǎn)發(fā) - forwardingTargetForSelector

    • 消息慢速轉(zhuǎn)發(fā) - methodSignatureForSelector & forwardInvocation

  • sel是方法編號 - 在read_images期間就編譯進了內(nèi)存

  • imp是函數(shù)實現(xiàn)指針 轻腺，找imp就是找函數(shù)的過程

  • sel 相當于 一本書的目錄title

  • imp 相當于 書本的頁碼

  • 查找具體的函數(shù)就是想看這本書具體篇章的內(nèi)容

    • 1、首先知道想看什么划乖，即目錄 title - sel

    • 2贬养、根據(jù)目錄找到對應(yīng)的頁碼 - imp

    • 3、通過頁碼去翻到具體的內(nèi)容

【面試-5】能否向編譯后得到的類中增加實例變量琴庵？能否向運行時創(chuàng)建的類中添加實例變量

  • 1误算、不能向編譯后的得到的類中增加實例變量

  • 2、只要類沒有注冊到內(nèi)存還是可以添加的

  • 3迷殿、可以添加屬性+方法

【原因】：編譯好的實例變量存儲的位置是ro儿礼，一旦編譯完成，內(nèi)存結(jié)構(gòu)就完全確定了

【經(jīng)典面試-6】 [self class]和[super class]的區(qū)別以及原理分析

  • [self class]就是發(fā)送消息 objc_msgSend贪庙，消息接收者是self蜘犁，方法編號 class

  • [super class] 本質(zhì)就是objc_msgSendSuper，消息的接收者還是 self止邮，方法編號 class这橙，在運行時，底層調(diào)用的是_objc_msgSendSuper2【重點５寂Ｇ！】

  • 只是 objc_msgSendSuper2 會更快撩匕，直接跳過self的查找

代碼調(diào)試

  • LGTeacher中的init方法中打印這兩種class調(diào)用

    image

    運行程序鹰晨，打印結(jié)果如下
    image

  • 進入[self class]中的class源碼

- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}

??
Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}

其底層是獲取對象的isa，當前的對象是LGTeacher止毕，其isa是同名的LGTeacher模蜡，所以[self class]打印的是LGTeacher

  • [super class]中，其中super 是語法的 關(guān)鍵字扁凛，可以通過clang 看super的本質(zhì)忍疾，這是編譯時的底層源碼，其中第一個參數(shù)是消息接收者谨朝，是一個__rw_objc_super結(jié)構(gòu)
    image
    • 底層源碼中搜索__rw_objc_super卤妒，是一個中間結(jié)構(gòu)體
      image
    • objc中搜索objc_msgSendSuper，查看其隱藏參數(shù)
      image
    • 搜索struct objc_super
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      通過clang的底層編譯代碼可知字币，當前消息的接收者 等于 self则披，而self 等于 LGTeacher，所以 [super class]進入class方法源碼后洗出，其中的self是init后的實例對象士复，實例對象的isa指向的是本類，即消息接收者是LGTeacher本類
  • 我們再來看[super class]在運行時是否如上一步的底層編碼所示翩活，是objc_msgSendSuper判没，打開匯編調(diào)試蜓萄，調(diào)試結(jié)果如下
    image
    • 搜索objc_msgSendSuper2，從注釋得知澄峰，是從 類開始查找嫉沽，而不是父類
      image
    • 查看objc_msgSendSuper2的匯編源碼，是從superclass中的cache中查找方法
ENTRY _objc_msgSendSuper2
UNWIND _objc_msgSendSuper2, NoFrame

ldp p0, p16, [x0]       // p0 = real receiver, p16 = class 取出receiver 和 class
ldr p16, [x16, #SUPERCLASS] // p16 = class->superclass
CacheLookup NORMAL, _objc_msgSendSuper2//cache中查找--快速查找

END_ENTRY _objc_msgSendSuper2

完整回答

所以俏竞，最完整的回答如下

  • [self class]方法調(diào)用的本質(zhì)是 發(fā)送消息绸硕，調(diào)用class的消息流程，拿到元類的類型魂毁，在這里是因為類已經(jīng)加載到內(nèi)存玻佩，所以在讀取時是一個字符串類型，這個字符串類型是在map_images的readClass時已經(jīng)加入表中席楚，所以打印為LGTeacher

  • [super class]打印的是LGTeacher咬崔，原因是當前的super是一個關(guān)鍵字，在這里只調(diào)用objc_msgSendSuper2烦秩，其實他的消息接收者和[self class]是一模一樣的垮斯，所以返回的是LGTeacher

【面試-7】內(nèi)存平移問題

Class cls = [LGPerson class];
void  *kc = &cls;  //
[(__bridge id)kc saySomething];

LGPerson中有一個屬性 kc_name 和一個實例方法saySomething，通過上面代碼這種方式只祠，能否調(diào)用實例方法兜蠕？為什么？

代碼調(diào)試

  • 我們在日常開發(fā)中的調(diào)用方式是下面這種
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
[person saySomething];

  • 通過運行發(fā)現(xiàn)抛寝，是可以執(zhí)行的熊杨，打印結(jié)果如下


    image

  • [person saySomething]的本質(zhì)是對象發(fā)送消息，那么當前的person是什么盗舰？

    • person的 isa指向類LGPerson 即person的首地址 指向 LGPerson的首地址晶府，我們可以通過LGPerson的內(nèi)存平移找到cache，在cache中查找方法
      image

  • [(__bridge id)kc saySomething]中的kc是來自于LGPerson 這個類钻趋，然后有一個指針kc郊霎，將其指向LGPerson的首地址

    image

所以，person是指向LGPerson類的結(jié)構(gòu)爷绘，kc也是指向LGPerson類的結(jié)構(gòu)，然后都是在LGPerson中的methodList中查找方法

image

修改：saySomething里面有屬性 self.kc_name 的打印

代碼如下所示

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s - %@",__func__,self.kc_name);
}

//下面這兩種方式調(diào)用
//方式一
Class cls = [LGPerson class];
void  *kc = &cls; 
[(__bridge id)kc saySomething]; 
 
//方式二：常規(guī)調(diào)用
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
 [person saySomething];
  • 查看這兩種調(diào)用方式的打印結(jié)果进倍，如下所示

    • kc方式的調(diào)用打印的kc_name 是<ViewController: 0x7fe29170b560>

    • person方式的調(diào)用打印的kc_name是(null)

      image

為什么會出現(xiàn)打印不一致的情況土至？

  • 其中person方式的kc_name 是由于 self指向person的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，然后通過內(nèi)存平移8字節(jié)猾昆，取出去kc_name陶因，即self指針首地址平移8字節(jié)獲得

    image

  • 【方式一】其中kc指針中沒有任何，所以kc表示8字節(jié)指針垂蜗，self.kc_name的獲取楷扬，相當于 kc首地址的指針也需要平移8字節(jié)找kc_name解幽，那么此時的kc的指針地址是多少？平移8字節(jié)獲取的是什么烘苹？

    • kc是一個指針躲株，是存在棧中的，棧是一個先進后出的結(jié)構(gòu)镣衡，參數(shù)傳入就是一個不斷壓棧的過程霜定，

      • 其中隱藏參數(shù)會壓入棧，且每個函數(shù)都會有兩個隱藏參數(shù)(id self廊鸥，sel _cmd),可以通過clang查看底層編譯

      • 隱藏參數(shù)壓棧的過程望浩，其地址是遞減的，而棧是從高地址->低地址 分配的惰说，即在棧中磨德，參數(shù)會從前往后一直壓

      • super通過clang查看底層的編譯，是objc_msgSendSuper吆视，其第一個參數(shù)是一個結(jié)構(gòu)體__rw_objc_super（self典挑，class_getSuperclass），那么結(jié)構(gòu)體中的屬性是如何壓棧的揩环？可以通過自定義一個結(jié)構(gòu)體搔弄，判斷結(jié)構(gòu)體內(nèi)部成員的壓棧情況

        • p &person3
        • p *(NSNumber **)0x00007ffee83a8090
        • p *(NSNumber **)0x00007ffee83a8098
          image

          所以圖中可以得出 20先加入，再加入10丰滑，因此結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的壓棧情況是 低地址->高地址顾犹，遞增的，棧中結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的成員是反向壓入棧褒墨，即低地址->高地址炫刷，是遞增的，

  • 所以到目前為止郁妈，棧中從高地址到低地址的順序的：self - _cmd - (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController")) - self - cls - kc - person

    • self和_cmd是viewDidLoad方法的兩個隱藏參數(shù)浑玛，是高地址->低地址正向壓棧的

    • class_getSuperClass 和 self為objc_msgSendSuper2中的結(jié)構(gòu)體成員，是從最后一個成員變量噩咪，即低地址->高地址反向壓棧的

可以通過下面這段代碼打印下棧的存儲是否如上面所說

void *sp  = (void *)&self;
void *end = (void *)&person;
long count = (sp - end) / 0x8;
    
for (long i = 0; i<count; i++) {
    void *address = sp - 0x8 * i;
    if ( i == 1) {
        NSLog(@"%p : %s",address, *(char **)address);
    }else{
        NSLog(@"%p : %@",address, *(void **)address);
    }
}

運行結(jié)果如下

image

其中為什么class_getSuperclass是ViewController顾彰，因為objc_msgSendSuper2返回的是當前類，兩個self胃碾，并不是同一個self涨享，而是棧的指針不同，但是指向同一片內(nèi)存空間

  • [(__bridge id)kc saySomething]調(diào)用時仆百，此時的kc是 LGPerson: 0x7ffeec381098厕隧，所以saySomething方法中傳入的self 還是LGPerson，但并不是我們通常認為的LGPerson，使我們當前傳入的消息接收者吁讨，即LGPerson: 0x7ffeec381098髓迎，是LGPerson的實例對象，此時的操作與普通的LGPerson是一致的建丧，即LGPerson的地址內(nèi)存平移8字節(jié)

    • 普通person流程：person -> kc_name - 內(nèi)存平移8字節(jié)

    • kc流程：0x7ffeec381098 + 0x80 -> 0x7ffeec3810a0,即為self排龄，指向<ViewController: 0x7fac45514f50>，如下圖所示

      image

其中 person 與 LGPerson的關(guān)系是 person是以LGPerson為模板的實例化對象茶鹃，即alloc有一個指針地址涣雕，指向isa，isa指向LGPerson闭翩，它們之間關(guān)聯(lián)是有一個isa指向挣郭，

而kc也是指向LGPerson的關(guān)系，編譯器會認為 kc也是LGPerson的一個實例化對象疗韵，即kc相當于isa兑障，即首地址，指向LGPerson蕉汪，具有和person一樣的效果流译，簡單來說，我們已經(jīng)完全將編譯器騙過了者疤，即kc也有kc_name福澡。由于person查找kc_name是通過內(nèi)存平移8字節(jié)，所以kc也是通過內(nèi)存平移8字節(jié)去查找kc_name

哪些東西在棧里 哪些在堆里

  • alloc的對象 都在堆中

  • 指針驹马、對象 在棧中革砸，例如person指向的空間在堆中，person所在的空間在棧中

  • 臨時變量在棧中

  • 屬性值 在堆糯累，屬性隨對象是在棧中

注意：

  • 堆是從小到大算利，即低地址->高地址

  • 棧是從大到小，即從高地址->低地址分配

    • 函數(shù)隱藏參數(shù)會從前往后一直壓泳姐，即 從高地址->低地址 開始入棧效拭，

    • 結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的成員是從低地址->高地址

  • 一般情況下，內(nèi)存地址有如下規(guī)則

    • 0x60 開頭表示在 堆中

    • 0x70 開頭的地址表示在 棧中

    • 0x10 開頭的地址表示在全局區(qū)域中

【面試-8】 Runtime是如何實現(xiàn)weak的胖秒，為什么可以自動置nil

  • 1缎患、通過SideTable 找到我們的 weak_table

  • 2、weak_table 根據(jù) referent找到或者創(chuàng)建 weak_entry_t

  • 3阎肝、然后append_referrer（entry挤渔，referrer）將我的新弱引用的對象加進去entry

  • 4、最后 weak_entry_insert盗痒，把entry加入到我們的weak_table

底層源碼調(diào)用流程如下圖所示


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