iOS-底层原理 20：OC底层面试解析

iOS 底层原理文章汇总

【面试-1】Runtime Asssociate方法关联的对象，需要在dealloc中释放?

当我们对象释放时，会调用

dealloc

1、C++函数释放： objc_cxxDestruct
2、移除关联属性： _object_remove_assocations
3、将弱引用自动设置nil： weak_clear_no_lock(&table.weak_table, (id)this);
4、引用计数处理： table.refcnts.erase(this）
5、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的源码查找路径为：

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

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进入 _objc_rootDealloc 源码实现，主要是对 对象进行析构

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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

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进入 object_dispose 源码实现，主要是 销毁实例对象

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进入 objc_destructInstance 源码实现，在这里有移除关联属性的方法

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

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【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！！）
- 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
如果同名方法是 load 方法 – 先 主类load ，后 分类load （分类之间，看编译的顺序）
- 原因：参考iOS-底层原理 18：类的加载（下）文章中的 load_images 原理分析

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【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迟到了运行时
- 举例：extension 和 category 的区别
平时编写的OC代码，在程序运行的过程中，其实最终会转换成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
不能给类添加成员属性 ，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 特殊的分类 ，也可称作 匿名分类
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
imp 是 函数实现指针 ， 找imp就是找函数的过程
sel 相当于一本书的 目录title
sel 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
- 1、首先知道想看什么，即目录 title - sel
- 2、根据目录找到对应的页码 - imp
- 3、通过页码去翻到具体的内容

【面试-5】能否向编译后得到的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类中添加实例变量

1、 不能 向编译后的得到的类中增加实例变量
2、 只要类没有注册到内存还是可以添加的
3、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

【经典面试-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 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

LGTeacher 中的 init 方法中打印这两种class调用

iOS-底层原理 20：OC底层面试解析
运行程序，打印结果如下

iOS-底层原理 20：OC底层面试解析
进入 [self class] 中的 class 源码

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

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

其底层是

获取对象的isa

，当前的

对象是LGTeacher

，其isa是同名的

LGTeacher

，所以

[self class]

打印的是

LGTeacher

[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

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- 底层源码中搜索 __rw_objc_super ，是一个中间结构体
  
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- objc中搜索 objc_msgSendSuper ，查看其隐藏参数
  
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- 搜索 struct objc_super
  
  iOS-底层原理 20：OC底层面试解析
  通过 clang 的底层编译代码可知，当前 消息的接收者 等于 self ，而 self 等于 LGTeacher ，所以 [super class] 进入 class 方法源码后，其中的 self 即为 LGTeacher ，所以最后还是 获取LGTeacher的isa ，即 同名LGTeacher元类
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

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- 搜索 objc_msgSendSuper2 ，从注释得知，是 从类开始查找 ，而不是父类
  
  iOS-底层原理 20：OC底层面试解析
- 查看 objc_msgSendSuper2 的汇编源码，是从 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，最完整的回答如下

[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 LGTeacher
[class class] 打印的是 LGTeacher ，原因是当前的super是一个关键字，在这里只调用 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LGTeacher

【面试-7】内存平移问题

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

LGPerson中有一个属性

kc_name

和一个实例方法

saySomething

，通过上面代码这种方式，能否调用实例方法？为什么？

代码调试

我们在日常开发中的调用方式是下面这种

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

通过运行发现，是可以执行的，打印结果如下

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[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 LGPerson 即 person的首地址指向 LGPerson的首地址 ，我们可以通过LGPerson的内存平移找到 cache ，在cache中查找方法
  
  iOS-底层原理 20：OC底层面试解析
[(__bridge id)kc saySomething] 中的 kc 是来自于 LGPerson 这个类，然后有一个指针 kc ，将其 指向LGPerson的首地址

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所以，

person

是指向

LGPerson

类的结构，

kc

也是指向

LGPerson

类的结构，然后都是在

LGPerson

中的

methodList

中查找方法

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修改：saySomething里面有属性 self.kc_name 的打印

代码如下所示

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

//下面这两种方式调用
//方式一
Class cls = [LGPerson class];
void  *kc = &cls; 
[(__bridge id)kc saySomething]; 
 
//方式二：常规调用
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
 [person saySomething];

查看这两种调用方式的打印结果，如下所示
- kc 方式的调用打印的 kc_name 是 <ViewController: 0x7fe29170b560>
- person 方式的调用打印的 kc_name 是 (null)
  
  iOS-底层原理 20：OC底层面试解析

为什么会出现打印不一致的情况？

其中person方式的 kc_name 是由于 self指向person的内存结构 ，然后通过 内存平移8字节，取出去kc_name ，即 self指针首地址平移8字节获得

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【方式一】其中 kc 指针中没有任何，所以 kc表示8字节指针 ， self.kc_name 的获取，相当于 kc首地址的指针也需要平移8字节找kc_name ，那么此时的kc的指针地址是多少？平移8字节获取的是什么？
- kc 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是如何压栈的？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 **)0x00007ffee83a8090
    - p *(NSNumber **)0x00007ffee83a8098
      
      iOS-底层原理 20：OC底层面试解析
      所以图中可以得出 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 - kc - person
- self 和 _cmd 是 viewDidLoad 方法的两个隐藏参数，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

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);
    }
}

运行结果如下

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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)kc saySomething] 调用时，此时的kc是 LGPerson: 0x7ffeec381098 ，所以 saySomething 方法中传入的 self 还是LGPerson，但并不是我们通常认为的LGPerson，使我们当前 传入的消息接收者 ，即 LGPerson: 0x7ffeec381098 ，是LGPerson的实例对象，此时的操作与普通的LGPerson是一致的，即 LGPerson的地址内存平移8字节
- 普通person流程： person -> kc_name - 内存平移8字节
- kc流程： 0x7ffeec381098 + 0x80 -> 0x7ffeec3810a0 ,即为 self ，指向 <ViewController: 0x7fac45514f50> ，如下图所示
  
  iOS-底层原理 20：OC底层面试解析

其中

person

与

LGPerson

的关系是

person是以LGPerson为模板的实例化对象，即alloc有一个指针地址，指向isa，isa指向LGPerson

，它们之间关联是有一个

isa指向

，

而kc也是指向LGPerson的关系，编译器会认为

kc也是LGPerson的一个实例化对象

，即

kc相当于isa，即首地址，指向LGPerson

，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

kc

也有

kc_name

。由于

person查找kc_name是通过内存平移8字节

，所以kc也是通过内存平移8字节去查找kc_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 ，

结构体内部的成员是 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nil

1、通过 SideTable 找到我们的 weak_table
2、 weak_table 根据 referent 找到或者创建 weak_entry_t
3、然后 append_referrer（entry，referrer） 将我的新弱引用的对象加进去entry
4、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

iOS-底层原理 20：OC底层面试解析

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【面试-1】Runtime Asssociate方法关联的对象，需要在dealloc中释放?

【面试-2】方法的调用顺序

【面试-3】Runtime是什么？

【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？

【面试-5】能否向编译后得到的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类中添加实例变量

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

【面试-7】内存平移问题

修改：saySomething里面有属性 self.kc_name 的打印

### 【面试-8】 Runtime是如何实现weak的，为什么可以自动置nil

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