OC底层原理探索—经典面试题原理

1.load和initialize方法的调用原则和调用顺序？

load

• load方法在应用程序加载过程中（dyld）完成调用，在main之前
• 在底层进行load_images处理时，维护了两个load的加载表，一个是本类的表，另一个是分类的表，所以说有先对本类的load发起调用
• 在对类 load方法进行处理时，进行递归处理，以确保父类优先被处理
• 在load方法的调用顺序是父类、子类、分类
• 在分类中load调用顺序，是根据编译的顺序为准

initialize

• initialize是在第一次消息发送的时候进行调用，load先于initialize
• 分类中实现initialize方法会被优先调用，并且本类中的initialize不会被调用，
• initialize原理是消息发送，所有当子类没有实现时,会调用父类还会被调用两次
• 如果子类，父类同时实现，先调用父类，在调用子类

c++构造函数

• 在分析dyld后，可以确定这样个调用流程load->c++->main
• 但是如果c++写在objc工程中，在objc_init()调用时，会通过static_init()方法优先调用c++函数，而不需要等到_dyld_objc_notify_register向dyld注册load_images之后再调用
• 同时，如果objc_init()自启的话也不需要dyld进行启动，也可能会发生c++函数在load方法之前调用的情况

方法的本质

• 方法的本质：发送消息

消息发送的流程

• 首先进入快速查找也就是通过objc_msgSend去缓存（cache_t）中查找
• 慢速查找：通过递归自己或者父类查找，也就是lookupImporForward方法
• 动态方法解析：resolveInstanceMethod
• 消息快速转发：forwardingTargetForSelector
• 消息慢速转发：methodSignatureForSelector和forwardInvocation

能否向编译后的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.不能向编译后得到的类增加实例变量

• 首先编译好的实例变量存储在ro中，一旦完成编译，内存结构确定
• 可以通过分类以关联对象形式向类中添加分类和属性

2. 可以向运⾏时创建的类中添加实例变量

• 可以通过objc_allocateClassPair运行时创建类，并添加属性、实例变量、方法等

`        const char *className = "SHObject";
        Class objc_class = objc_getClass(className);
        if (!objc_class) {
            Class superClass = [NSObject class];
            objc_class = objc_allocateClassPair(superClass, className, 0);
        }
        class_addIvar(objc_class, "name", sizeof(NSString *), log2(_Alignof(NSString *)),  @encode(NSString *));
        class_addMethod(objc_class, @selector(addName:), (IMP)addName, "V@:");

[self class]和[super class]区别

来看下下面案例，LGTeacher类继承自LGPerson，在LGTeacher的init初始化方法中，调用了[self class]和[super class],结果会是什么

    // LGPerson
    @interface LGPerson : NSObject
    @end

    @implementation LGPerson
    @end
    
    // LGTeacher
    @interface LGTeacher : LGPerson
    @end

    @implementation LGTeacher
    - (instancetype)init{
        self = [super init];
        if (self) {
           NSLog(@"%@ - %@", [self class], [super class]);
        }
        return self;
    }
    @end

首先这两个类中都没有实现class方法，那么根据继承关系，他们最终会调用到NSObject中的class方法

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

由上图可知这两个方法返回的self对应的类。关于这个self是谁，这里涉及到消息发送objc_msgSend,有两个隐形参数,分别是id self 和 SEL sel，这里SEL sel没啥好说的，主要来说下id self

• [self class]输出LGTeacher,这里消息的发送者是LGTeacher对象，通过调用NSObject 的 class,但是消息的接受者没有发生变化，所以是LGTeacher
• [super class]这里的输出仍然是LGteacher，至于为什么，我们来clang一下，查看下cpp文件
  image.png
  通过上图我们看到[super class]的低层实现时objc_msgSendSuper方法，同时存在存在id self 和 SEL sel两个隐形参数

/// Specifies the superclass of an instance. 
struct objc_super {
    /// Specifies an instance of a class.
    __unsafe_unretained _Nonnull id receiver;

    /// Specifies the particular superclass of the instance to message. 
#if !defined(__cplusplus)  &&  !__OBJC2__
    /* For compatibility with old objc-runtime.h header */
    __unsafe_unretained _Nonnull Class class;
#else
    __unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
#endif
    /* super_class is the first class to search */
};

我们来查看下objc_super结构体

由上图知：id receiver和Class super_class两个参数，其中super_class表示第一个要去查找的类，至此我们可以得出结论，在LGTeacher中调用[super class]，其内部会调用objc_msgSendSuper方法，并且会传入参数objc_super，其中receiver是LGTeacher对象，super_class是LGTeacher的父类，也就是要第一个查找的类。

内存偏移

案例1

创建一个person类

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic,copy)NSString *name;


- (void)say1;
@end

@implementation Person

- (void)say1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

在viewDidload中添加以下代码

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    
    Person *person = [[Person alloc] init];
    [person say1];
    
    Class cls = [Person class];
    void *sh  =&cls;
    [(__bridge  id)sh say1];
    
}

查看下打印

image.png

分析：

• 这两处调用的本质objc_msgSend的调用，在汇编源码中进行方法的快速查找
• [person say1];通过person对象的isa指针找到对应的类，在类中进行地址平移，首先在cache_t中快速查找，如果找不到，则在类或者父类的方法列表遍历查找
• [(__bridge id)sh say1],这里能够调用成功的原因是，Class cls = [Person class];，cls是一个指针,指向一个objc_class指针，这里是指向Person类，将cls地址赋给sh,sh为cls的地址，也是指向类

image.png
由上图知，sh是指向Person类的 image.png

总结：

• person对象里面的isa指向Person类，通过内存平移的方式找到say1方法
• sh指向cls而cls指向Person类，同样通过首地址平移找到say1

案例2

接着上面的案例，我们新增一个属性打印

@implementation Person

- (void)say1{
    NSLog(@"%s，%@",__func__,self.name);
}

@end

查看打印

image.png

首先我们先要了解，取出属性的值，其实是要先计算出偏移大小，在通过内存平移获取值。其实是Person类内部存储着成员变量，每次偏移8字节进行存取

至于sh打印的self.name的值是Person;0X600...,是因为cls只有Person类的内存首地址，但是没有person对象的内存结构，所以sh只能在栈里面进行内存平移。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    Class cls = [Person class] ;
    
    void *sh  =&cls;
    [(__bridge  id)sh say1];
    Person *person = [[Person alloc] init];
    [person say1];
    
    
    // 下面代码为打印栈结构
    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);
        }
    }
}

看下栈结构打印

image.png

• 0x16f35ffb8 : <ViewController: 0x136906d30>是viewDidload第一个隐形参数id self
• 0x16f35ffb0 : viewDidLoad``是viewDidload第二个隐形参数SEL _cmd`
• 0x16f35ffa8 : ViewController，这个是结构体class压栈
• 0x16f35ffa0 : <ViewController: 0x136906d30> 为结构体receiver压栈
• Person 是sh压栈
• 0x16f35ff90 : <Person: 0x16f35ff98> 为person压栈

什么可以压栈

• 方法的参数，viewDidLoad的(id self, SEL _cmd)。
• 结构体参数，objc_super,相当于下边这块代码创建了一个sh_objc_super的临时变量，所以也可以压栈。

struct objc_super sh_objc_super;
sh_objc_super.super_class = class;
sh_objc_super.receiver = receiver;

• 临时变量即：sh、person