iOS-底層原理 20：OC底層面試解析

iOS 底層原理文章彙總

【面試-1】Runtime Asssociate方法關聯的對象，需要在dealloc中釋放?

當我們對象釋放時，會調用

dealloc

1、C++函數釋放： objc_cxxDestruct
2、移除關聯屬性： _object_remove_assocations
3、将弱引用自動設定nil： weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
4、引用計數處理： table.refcnts.erase(this）
5、銷毀對象： free(obj)

是以，

關聯對象

不需要我們手動移除，會在對象析構即

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源碼中搜尋 dealloc 的源碼實作

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進入 _objc_rootDealloc 源碼實作，主要是對 對象進行析構

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進入 rootDealloc 源碼實作，發現其中有 關聯屬性時設定bool值 ，當有這些條件時，需要進入else流程

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進入 object_dispose 源碼實作，主要是 銷毀執行個體對象

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進入 objc_destructInstance 源碼實作，在這裡有移除關聯屬性的方法

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進入 _object_remove_assocations 源碼，關聯屬性的移除，主要是 從全局哈希map中找到相關對象的疊代器，然後将疊代器中關聯屬性，從頭到尾的移除

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【面試-2】方法的調用順序

類的方法和分類方法重名，如果調用，是什麼情況？

如果同名方法是 普通方法 ，包括 initialize – 先調用分類方法
- 因為 分類的方法是在類realize之後 attach進去的 ，插在類的方法的前面，是以 優先調用分類的方法 （注意：不是分類覆寫主類！！）
- initialize 方法什麼時候調用？ initialize 方法也是主動調用，即 第一次消息時 調用，為了不影響整個load，可以将需要 提前加載的資料 寫到 initialize 中
如果同名方法是 load 方法 – 先 主類load ，後 分類load （分類之間，看編譯的順序）
- 原因：參考iOS-底層原理 18：類的加載（下）文章中的 load_images 原理分析

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【面試-3】Runtime是什麼？

runtime 是由 C和C++ 彙編實作的一套 API ，為OC語言加入了 面向對象、以及運作時的功能
運作時是指将 資料類型的确定由編譯時推遲到了運作時
- 舉例：extension 和 category 的差別
平時編寫的OC代碼，在程式運作的過程中，其實最終會轉換成runtime的C語言代碼， runtime是OC的幕後工作者

1、category 類别、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，也無法取到
注意：其實 可以通過runtime 給分類添加屬性 ，即屬性關聯，重寫setter、getter方法
分類中用 @property 定義變量， 隻會生成 變量的 setter、getter 方法的 聲明 ， 不能生成方法實作和帶下劃線的成員變量

2、extension 類擴充

可以說成是 特殊的分類 ，也可稱作 匿名分類
可以 給類添加成員屬性 ，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，sel是什麼？IMP是什麼？兩者之間的關系又是什麼？

方法的本質： 發送消息 ，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：動态方法解析 - resolveInstanceMethod
- 消息快速轉發 - forwardingTargetForSelector
- 消息慢速轉發 - methodSignatureForSelector & forwardInvocation
sel 是 方法編号 - 在 read_images 期間就編譯進了記憶體
imp 是 函數實作指針 ， 找imp就是找函數的過程
sel 相當于一本書的 目錄title
sel 相當于書本的 頁碼
查找 具體的函數 就是想看這本書具體篇章的内容
- 1、首先知道想看什麼，即目錄 title - sel
- 2、根據目錄找到對應的頁碼 - imp
- 3、通過頁碼去翻到具體的内容

【面試-5】能否向編譯後得到的類中增加執行個體變量？能否向運作時建立的類中添加執行個體變量

1、 不能 向編譯後的得到的類中增加執行個體變量
2、 隻要類沒有注冊到記憶體還是可以添加的
3、可以 添加屬性+方法

【原因】：編譯好的執行個體變量存儲的位置是ro，一旦編譯完成，記憶體結構就完全确定了

【經典面試-6】 [self class]和[super class]的差別以及原理分析

[self class] 就是發送消息 objc_msgSend ，消息接收者是 self ，方法編号 class
[super class] 本質就是 objc_msgSendSuper ，消息的接收者還是 self ，方法編号 class ，在運作時，底層調用的是 _objc_msgSendSuper2 【重點！！！】
隻是 objc_msgSendSuper2 會更快，直接跳過self的查找

代碼調試

LGTeacher 中的 init 方法中列印這兩種class調用

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運作程式，列印結果如下

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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

擷取對象的isa

，目前的

對象是LGTeacher

，其isa是同名的

LGTeacher

，是以

[self class]

列印的是

LGTeacher

[super class]中，其中 super 是文法的 關鍵字 ，可以通過 clang 看 super 的本質，這是 編譯時 的底層源碼，其中第一個參數是消息接收者，是一個 __rw_objc_super 結構

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- 底層源碼中搜尋 __rw_objc_super ，是一個中間結構體
  
  iOS-底層原理 20：OC底層面試解析
- objc中搜尋 objc_msgSendSuper ，檢視其隐藏參數
  
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- 搜尋 struct objc_super
  
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  通過 clang 的底層編譯代碼可知，目前 消息的接收者 等于 self ，而 self 等于 LGTeacher ，是以 [super class] 進入 class 方法源碼後，其中的 self 即為 LGTeacher ，是以最後還是 擷取LGTeacher的isa ，即 同名LGTeacher元類
我們再來看[super class]在運作時是否如上一步的底層編碼所示，是 objc_msgSendSuper ，打開彙編調試，調試結果如下

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- 搜尋 objc_msgSendSuper2 ，從注釋得知，是 從類開始查找 ，而不是父類
  
  iOS-底層原理 20：OC底層面試解析
- 檢視 objc_msgSendSuper2 的彙編源碼，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

是以，最完整的回答如下

[self class] 方法調用的本質是 發送消息 ，調用class的消息流程，拿到 元類的類型 ，在這裡是因為類已經加載到記憶體，是以在讀取時是一個字元串類型，這個字元串類型是在 map_images 的 readClass 時已經加入表中，是以列印為 LGTeacher
[class class] 列印的是 LGTeacher ，原因是目前的super是一個關鍵字，在這裡隻調用 objc_msgSendSuper2 ，其實他的消息接收者和 [self class] 是一模一樣的，是以傳回的是LGTeacher

【面試-7】記憶體平移問題

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

LGPerson中有一個屬性

kc_name

和一個執行個體方法

saySomething

，通過上面代碼這種方式，能否調用執行個體方法？為什麼？

代碼調試

我們在日常開發中的調用方式是下面這種

LGPerson *person = [LGPerson alloc];
[person saySomething];

通過運作發現，是可以執行的，列印結果如下

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[person saySomething] 的本質是 對象發送消息 ，那麼目前的person是什麼？
- person 的 isa 指向類 LGPerson 即 person的首位址指向 LGPerson的首位址 ，我們可以通過LGPerson的記憶體平移找到 cache ，在cache中查找方法
  
  iOS-底層原理 20：OC底層面試解析
[(__bridge id)kc saySomething] 中的 kc 是來自于 LGPerson 這個類，然後有一個指針 kc ，将其 指向LGPerson的首位址

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是以，

person

是指向

LGPerson

類的結構，

kc

也是指向

LGPerson

類的結構，然後都是在

LGPerson

中的

methodList

中查找方法

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修改：saySomething裡面有屬性 self.kc_name 的列印

代碼如下所示

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

//下面這兩種方式調用
//方式一
Class cls = [LGPerson class];
void  *kc = &cls; 
[(__bridge id)kc saySomething]; 
 
//方式二：正常調用
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
 [person saySomething];

檢視這兩種調用方式的列印結果，如下所示
- kc 方式的調用列印的 kc_name 是 <ViewController: 0x7fe29170b560>
- person 方式的調用列印的 kc_name 是 (null)
  
  iOS-底層原理 20：OC底層面試解析

為什麼會出現列印不一緻的情況？

其中person方式的 kc_name 是由于 self指向person的記憶體結構 ，然後通過 記憶體平移8位元組，取出去kc_name ，即 self指針首位址平移8位元組獲得

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【方式一】其中 kc 指針中沒有任何，是以 kc表示8位元組指針 ， self.kc_name 的擷取，相當于 kc首位址的指針也需要平移8位元組找kc_name ，那麼此時的kc的指針位址是多少？平移8位元組擷取的是什麼？
- kc 是一個指針，是存在 棧 中的，棧是一個 先進後出 的結構，參數傳入就是一個不斷壓棧的過程，
  - 其中 隐藏參數會壓入棧 ，且每個函數都會有兩個隐藏參數 (id self，sel _cmd) ,可以通過 clang 檢視底層編譯
  - 隐藏參數壓棧 的過程，其位址是 遞減 的，而 棧是從高位址->低位址配置設定 的，即 在棧中，參數會從前往後一直壓
  - super通過clang檢視底層的編譯，是 objc_msgSendSuper ，其第一個參數是一個結構體 __rw_objc_super（self，class_getSuperclass） ，那麼結構體中的屬性是如何壓棧的？可以通過自定義一個結構體，判斷結構體内部成員的壓棧情況
    - p &person3
    - p *(NSNumber **)0x00007ffee83a8090
    - p *(NSNumber **)0x00007ffee83a8098
      
      iOS-底層原理 20：OC底層面試解析
      是以圖中可以得出 20先加入，再加入10，是以 結構體内部 的壓棧情況是 低位址->高位址 ， 遞增 的，棧中 結構體内部 的成員是 反向 壓入棧，即 低位址->高位址 ，是遞增的，
是以到目前為止，棧中 從高位址到低位址 的順序的： self - _cmd - (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController")) - self - cls - kc - person
- self 和 _cmd 是 viewDidLoad 方法的兩個隐藏參數，是高位址->低位址 正向壓棧 的
- class_getSuperClass 和 self 為 objc_msgSendSuper2 中的結構體成員，是從最後一個成員變量，即低位址->高位址 反向壓棧 的

可以通過下面這段代碼列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);
    }
}

運作結果如下

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其中為什麼

class_getSuperclass

是

ViewController

，因為

objc_msgSendSuper2

傳回的是

目前類

，兩個

self

，并不是同一個self，而是棧的指針不同，但是指向同一片記憶體空間

[(__bridge id)kc saySomething] 調用時，此時的kc是 LGPerson: 0x7ffeec381098 ，是以 saySomething 方法中傳入的 self 還是LGPerson，但并不是我們通常認為的LGPerson，使我們目前 傳入的消息接收者 ，即 LGPerson: 0x7ffeec381098 ，是LGPerson的執行個體對象，此時的操作與普通的LGPerson是一緻的，即 LGPerson的位址記憶體平移8位元組
- 普通person流程： person -> kc_name - 記憶體平移8位元組
- kc流程： 0x7ffeec381098 + 0x80 -> 0x7ffeec3810a0 ,即為 self ，指向 <ViewController: 0x7fac45514f50> ，如下圖所示
  
  iOS-底層原理 20：OC底層面試解析

其中

person

與

LGPerson

的關系是

person是以LGPerson為模闆的執行個體化對象，即alloc有一個指針位址，指向isa，isa指向LGPerson

，它們之間關聯是有一個

isa指向

，

而kc也是指向LGPerson的關系，編譯器會認為

kc也是LGPerson的一個執行個體化對象

，即

kc相當于isa，即首位址，指向LGPerson

，具有和person一樣的效果，簡單來說，我們已經完全将編譯器騙過了，即

kc

也有

kc_name

。由于

person查找kc_name是通過記憶體平移8位元組

，是以kc也是通過記憶體平移8位元組去查找kc_name

哪些東西在棧裡哪些在堆裡

alloc 的對象都在 堆 中
指針、對象 在 棧 中，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 ，屬性随對象是在 棧 中

注意：

堆 是從小到大，即低位址->高位址

棧是從大到小，即從高位址->低位址配置設定

函數隐藏參數會 從前往後 一直壓，即 從高位址->低位址開始入棧 ，

結構體内部的成員是 從低位址->高位址

一般情況下，記憶體位址有如下規則

0x60 開頭表示在 堆 中

0x70 開頭的位址表示在 棧 中

0x10 開頭的位址表示在 全局區域 中

### 【面試-8】 Runtime是如何實作weak的，為什麼可以自動置nil

1、通過 SideTable 找到我們的 weak_table
2、 weak_table 根據 referent 找到或者建立 weak_entry_t
3、然後 append_referrer（entry，referrer） 将我的新弱引用的對象加進去entry
4、最後 weak_entry_insert ，把 entry 加入到我們的 weak_table

底層源碼調用流程如下圖所示

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iOS-底層原理 20：OC底層面試解析

【面試-1】Runtime Asssociate方法關聯的對象，需要在dealloc中釋放?

【面試-2】方法的調用順序

【面試-3】Runtime是什麼？

【面試-4】方法的本質，sel是什麼？IMP是什麼？兩者之間的關系又是什麼？

【面試-5】能否向編譯後得到的類中增加執行個體變量？能否向運作時建立的類中添加執行個體變量

【經典面試-6】 [self class]和[super class]的差別以及原理分析

【面試-7】記憶體平移問題

修改：saySomething裡面有屬性 self.kc_name 的列印

### 【面試-8】 Runtime是如何實作weak的，為什麼可以自動置nil

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