OC底层原理20：OC底层面试题解析

张建 lol
  2020-12-15 15:22:19 2020-12-15 15:22 Created   2023-05-29 19:41:11 2023-05-29 19:41 Updated      

【面试题1】Runtime Associate 方法关系的对象，需要在dealloc中释放？

当我们对象释放时，会调用 dealloc

  • C++函数释放：objc_cxxDestruce
  • 移除关联属性：_object_remove_associations
  • 将弱引用自动设值nil：weak_clear_no_lock(&table_weak_table。(id)this);
  • 引用计数处理：table_refcnts_erase(this)
  • 销毁对象：free(obj)

所以，关联对象 不需要我们手动移除，会在对象析构即 dealloc 时释放

dealloc源码

dealloc的源码查找路径：dealloc -> _objc_rootDealloc -> rootDealloc -> object_dispose（释放对象） -> objc_destructInstance -> _object_remove_assocations

  • 在objc源码中搜索 dealloc 的源码实现

  • 进入 _objc_rootDealloc 源码实现，主要是对 对象进行析构

  • 进入 rootDealloc 源码实现，发现其中有 关联属性时设置bool值，当有这些条件时，需要进入else流程

  • 进入 object_dispose 源码实现，主要是 销毁实例对象

  • 进入 objc_destructInstance 源码实现，在这里有一处关联属性的方法

  • 进入 _object_remove_assocations 源码，关联属性的移除，主要是 从全局哈希map中招待相关对象的迭代器，然后将迭代器中关联属性，从头到尾的移除

【面试2】方法的调用顺序

类的方法 和 分类方法 重名，如果调用，是什么情况？

  • 如果同名方法是 普通方法，包括 initialize – 先调用分类方法

    • 因为 分类的方法是在类realize之后attach进去的，插在类的方法的前面，所以 优先调用分类的方法（注意：不是分类覆盖主类！！），所以你看到的只有 类的initialize

* `initialize` 方法什么时候调用？`initialize` 方法也是 `主动调用`，即 `第一次消息时` 调用，为了不影响整个load，可以将需要 `提前加载的数据` 写到 `initialize` 中

【面试3】Runtime是什么？

  • runtime 是由 C和C++ 汇编实现的一套 API，为 OC 语言加入了 面向对象、以及运行时的功能

  • 运行时是指将 数据类型的确定由编译时推到了运行时

    • 举例：extension 和 category 的区别

  • 平时编写的 OC 代码，在程序运行过程中，其实最终会转变成 runtime 的 C语言代码，runtime是OC的幕后工作者

1. category类别、分类

  • 专门用来给类添加新的方法

  • 不能给类添加成员变量，添加了成员属性，也无法取到

  • 注意：其实 可以通过runtime给分类添加属性，即属性关联，重写setter、getter方法

  • 分类中用 @property 定义变量，只会生成 变量的 setter、getter 方法的 声明，不能生成方法实现和带下划线的成员变量

2. extension 类扩展

  • 可以说成是 特殊的类，也可以称作 匿名的类

  • 可以 给类添加成员属性，但是 是私有变量

  • 可以 给类添加方法，也是 私有方法

【面试4】方法的本质，sel是什么？IMP是什么？两者之间的关系又是什么？

  • 方法的本质：发送消息，消息会有以下几个流程

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

    • 慢速查找 - 递归自己|父类 -> lookUpImpOrForward

    • 查找不到消息 -> 动态方法解析 - resolveInstanceMethod

    • 消息快速转发 - forwardingTargetForSelector

    • 消息慢速转发 - methodSignatureForSelector & forwardInvocation

  • sel 是 方法编号 - 在 read_images 期间就编译进了内存，相当于一本书的 目录title

  • imp 是 函数实现指针，找imp就是找函数的过程，相当于 书本的页码

  • 查找具体的函数就是想看这本书具体篇章的内容

    • 首先知道想看什么，即目录 title-sel
    • 根据目录查找到对应的页码 - imp
    • 通过页码去翻到具体的内容

【面试5】能否像编译后得到的类中增加实例变量？能否像运行时创建的类中添加实例变量？

  • 不能 像编译后得到的类中增加实例变量
  • 只要类没有注册到内存还是可以添加的
  • 可以 添加属性+方法

【原因】 ：编译好的实例变量存储的位置是ro，一旦编译完成，内存结构就完全确定了

【面试6】[self class] 和 [super class]的区别以及原理分析

  • [self class] 就是发送消息 objc_msgSend，消息接收者是 self，方法编号是 class

  • [super class] 本质就是 objc_msgSendSuper，消息的接收者还是 self，方法编号 class，在运行时，底层调用的是 _objc_msgSendSuper2【重点!!!】

  • 只是 objc_msgSendSuper2 会更快，直接跳过 self 的查找

【代码调试】

  • ZJPerson 中的 init 方法中打印这两种 class 调用

  • 进入 [self class] 中的 class 源码

其底层是 获取对象的isa，当前的 对象是ZJPerson，其isa是其同名的 ZJPerson，所以 [self class] 打印的是 ZJPerson

  • [super class]中，其中 super 是语法的 关键字，可以通过 clang 看 super 的本质，这是 编译时 的底层源码，其中第一个参数是消息接收者，是一个 __rw_objc_super 结构

  • 底层源码中搜索 __rw_objc_super，是一个中间结构体

  • objc中搜索 objc_msgSendSuper，查看其隐藏参数

  • 搜索 struct objc_super

通过 clang 的底层编译代码可知，当前 消息的接收者 是 self，而 self 等于 ZJPerson，所以 [super class] 进入 class 方法来源后，其中的 self是init后的实例对象，实例对象的 isa 指向的是本类，即消息接收者是 ZJPerson本类

  • 我们再来看 [super class] 在运行时是否如上一步的底层编码所示，是 objc_msgSendSuper，打开汇编调试，调试结果如下

  • 搜索 objc_msgSendSuper2，从注释得知，是 从类开始查找的，而不是父类

  • 查看 objc_msgSendSuper2 的汇编源码，是从 superclass 中的 cache 中查找方法
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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

【完成回答】

  • [self class] 方法调用的本质是 发送消息，调用class的消息流程，拿到 元类的类型，在这里是因为类已经加载到内存，所以在读取时是一个字符串类型，这个字符串类型是在 map_images 的 readClass 时已经加入表中，所以打印为 ZJPerson

  • [super class] 打印的是 ZJPerson，原因是当前的 super 是一个 关键字，在这里只是调用 objc_msgSendSuper2，其实他的消息接收者和[self class]是一模一样的，所以返回的是 ZJPerson

【面试7】内存平移问题

ZJPerson中有一个 属性zj_name 和 实例方法saySomething，通过下面代码这种方式能否调用实例方法？为什么？

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@interface ZJPerson : NSObject
@property (nonatomic,copy)NSString * zj_name;
- (void)saySomething;
@end
@implementation ZJPerson
- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

// 不一般的调用实例的方法
Class cls = [ZJPerson class];
void *zj = &cls;
[(__bridge id)zj saySomething];

【代码调试】

  • 我们在日常开发中的调用方式是下面这种
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// 常见的调用实例方法
ZJPerson * person = [[ZJPerson alloc] init];
[person saySomething];
  • 通过运行发现，是可以执行的，打印结果如下：
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2022-03-16 10:30:27.686250+0800 load+initialize-demo[6296:4626148] -[ZJPerson saySomething]
2022-03-16 10:30:27.686295+0800 load+initialize-demo[6296:4626148] -[ZJPerson saySomething]

  • [person saySomething] 的本质是 对象发送消息，那么当前的 person 是什么？

    • person 的 isa 指向类 ZJPerson， 即 person 的首地址 指向 ZJPerson 的首地址，我们可以通过 ZJPerson 的内存平移找到 cache，在 cache 中查找方法

  • [(__bridge id)zj saySomething] 中的 zj 是来自于 ZJPerson 这个类，然后有一个指针 zj，将其 指向ZJPerson的首地址

所以，person 是指向 ZJPeron 类的结构，zj 也是指向 ZJPerson 类的结构，然后都是在 ZJPerson 中的 methodList 中查找方法

修改：saySomething里面有属性 self.zj_name 的打印

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

// 下面这两种方式调用
// 方式一
Class cls = [ZJPerson class];
void *zj = &cls;
[(__bridge id)zj saySomething];
    
// 方式二
ZJPerson * person = [[ZJPerson alloc] init];
[person saySomething];

  • 查看这两种调用方式的打印结果，如下所示

    • zj 方式的调用打印的 zj_name 是 <ViewController: 0x100e06eb0>
    • person 方式调用打印的 zj_name 是 (null)

为什么会出现打印不一致的情况？

  • 其中 person 方式的 zj_name 是由于 self指向person的内部结构，然后通过 内存平移8字节，取出去zj_name，即 self指针首地址平移8字节获取

  • 【方式一】其中 zj 指针中没有任何，所以 zj表示8字节指针，self.zj_name 的获取，相当于 zj首地址的指针也需要平移8字节找zj_name，那么此时的zj的指针地址是多少？平移8字节获取的是什么？

    • zj 是一个指针，是存在 栈 中的，栈是一个 先进后出 的结构，参数传入就是一个不断压栈的过程

      • 其中 隐藏参数会压入栈，且每个函数都会有两个隐藏参数 (id self,sel _cmd)，可以通过 clang 查看底层编译

      • 隐藏参数压栈 的过程，其地址是 递减 的，而 栈是从高地址 -> 低地址分配 的，即 在栈中，参数会从前往后一直压

      • super通过clang查看底层的编译，是 objc_msgSendSuper，其第一个参数是一个结构体 __rw_objc_super（self,class_getSuperclass），那么结构体中的属性时如何压栈的？可以通过自定义一个结构体，判断结构体内部成员的压栈情况

      • p &person3

      • p *(NSNumber **)0x000000016d2f59f0

      • p *(NSNumber **)0x000000016d2f59f8

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struct zj_struct{
    NSNumber *num1;
    NSNumber *num2;
}zj_struct;

所以图中可以得到 20先加入，再加入10，因此 结构体内部 的压栈情况是 低地址 -> 高 地址，递增 的，栈中 结构体内部 的成员是 反向 压入栈，即 低地址 -> 高地址，是递增的

  • 所以到目前为止，栈中 从高地址到低地址 的顺序的：self -> _cmd -> (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController")) -> self -> cls -> zj -> person

    • self 和 _cmd 是 viewDidLoad 方法的两个隐藏的参数，是高地址 -> 低地址 正向压栈 的

    • class_getSuperClass 和 self 为 objc_msgSendSuper2 中的结构体成员，是从最后一个成员变量，即低地址 -> 高地址 反向压栈 的

可以通过下面这段代码打印下栈的存储是否如上面所说

其中为什么 class_getSuperclass 是 viewController，因为 objc_msgSendSuper2 返回的是 当前类，两个self，并不是同一个self，而是栈的指针不同，但是指向同一片内存空间

  • [(__bridge id)zj saySomething] 调用时，此时的 zj 是 ZJPerson：0x16bbc1a08 ，所以 saySomething 方法中传入的 self 还是 ZJPerson ，但并不是我们通常认为的 ZJPerson，使我们当前 传入的消息接收者，即 ZJPerson：0x16bbc1a08，是ZJPerson的实例对象，此时操作与普通的ZJPerson是一致的，即 ZJPerson的地址内存平移8字节

    • 普通person流程：person -> zj_name -> 内存平移8字节

    • zj流程：0x16bbc1a08 + 0x8 - > 0x16bbc1a10，即为 self，指向 <ViewController: 0x10470a370>，如下图所示

其中 person 与 ZJPerson 的关系是 person是以ZJPerson为模板实例化对象，即alloc有一个指针地址，指向isa，isa指向ZJPerson，它们之间关联是由一个isa指向

而zj也是指向ZJPerson的关系，编译器会人为 zj也是ZJPerson的一个实例化对象，即 zj相当于isa，即首地址，指向ZJPerson，具有和person一样的效果，简单来说，我们已经完全将编译器骗过了，即zj也有zj_name，由于 person查找zj_name是通过内存地址平移8字节，所以zj也是通过内存地址平移8字节去查找zj_name。

哪些东西在栈里？哪些在堆里？

  • alloc 的对象都在 堆 中

  • 指针、对象 在 栈 中，例如 person指向的空间 在 堆 中，person所在的空间在 栈 中

  • 临时变量 在 栈 中

  • 属性值 在 堆，属性随对象是在 栈 中

【注意】

  • 堆 是从小到大，即低地址 -> 高地址

  • 栈 是从大到小，即从高地址 -> 低地址分配

    • 函数隐藏参数会 从前往后 一直压，即 从高地址 -> 低地址 开始入栈。
    • 结构体内部成员是 从低地址 -> 高地址

  • 一般情况下，内存地址有如下规则

    • 0x60 开头表示在 堆 中
    • 0x70 开头的地址表示在 栈 中
    • 0x10 开头的地址表示在 全局区域 中

【面试8】runtime是如何实现weak的，为什么可以自动置为nil？

  • 通过 sideTable 找到我们的 weak_table
  • weak_table 根据 referent 找到或创建 weak_entry_t
  • 然后 append_referrer（entry,referrer） 将我的新弱引用的对象加进去entry
  • 最后 weak_entry_insert，把 entry 加入到我们的 weak_table

底层源码调用流程如下图所示

  • Post title：OC底层原理20：OC底层面试题解析
  • Post author：张建
  • Create time：2020-12-15 15:22:19
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OC底层原理20：OC底层面试题解析
  1. 【面试题1】Runtime Associate 方法关系的对象，需要在dealloc中释放？
  2. 【面试2】方法的调用顺序
  3. 【面试3】Runtime是什么？
  4. 【面试4】方法的本质，sel是什么？IMP是什么？两者之间的关系又是什么？
  5. 【面试5】能否像编译后得到的类中增加实例变量？能否像运行时创建的类中添加实例变量？
  6. 【面试6】[self class] 和 [super class]的区别以及原理分析
  7. 【面试7】内存平移问题
  8. 修改：saySomething里面有属性 self.zj_name 的打印
  9. 【面试8】runtime是如何实现weak的，为什么可以自动置为nil？