大厂常问iOS面试题--内存管理篇

作者: iOS打工犭袁 | 来源:发表于2020-03-09 15:39 被阅读0次

1.什么情况使用weak关键字，相比assign有什么不同？

什么情况使用 weak 关键字？

在 ARC 中,在有可能出现循环引用的时候,往往要通过让其中一端使用 weak 来解决,比如: delegate 代理属性

自身已经对它进行一次强引用,没有必要再强引用一次,此时也会使用 weak,自定义 IBOutlet 控件属性一般也使用 weak；当然，也可以使用strong。在下文也有论述：《IBOutlet连出来的视图属性为什么可以被设置成weak?》
不同点：

weak 此特质表明该属性定义了一种“非拥有关系” (nonowning relationship)。为这种属性设置新值时，设置方法既不保留新值，也不释放旧值。此特质同assign类似，然而在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会清空(nil out)。而 assign 的“设置方法”只会执行针对“纯量类型” (scalar type，例如 CGFloat 或 NSlnteger 等)的简单赋值操作。

assign 可以用非 OC 对象,而 weak 必须用于 OC 对象

2.如何让自己的类用copy修饰符？如何重写带copy关键字的setter？

若想令自己所写的对象具有拷贝功能，则需实现 NSCopying 协议。如果自定义的对象分为可变版本与不可变版本，那么就要同时实现 NSCopying 与 NSMutableCopying 协议。

具体步骤：

需声明该类遵从 NSCopying 协议

实现 NSCopying 协议。该协议只有一个方法:
```
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone;
```
注意：一提到让自己的类用 copy 修饰符，我们总是想覆写copy方法，其实真正需要实现的却是 “copyWithZone” 方法。

重写带 copy 关键字的 setter，例如：

- (void)setName:(NSString *)name {
    //[_name release];
    _name = [name copy];
}

3.深拷贝与浅拷贝

浅拷贝只是对指针的拷贝，拷贝后两个指针指向同一个内存空间，深拷贝不但对指针进行拷贝，而且对指针指向的内容进行拷贝，经深拷贝后的指针是指向两个不同地址的指针。

当对象中存在指针成员时，除了在复制对象时需要考虑自定义拷贝构造函数，还应该考虑以下两种情形：

当函数的参数为对象时，实参传递给形参的实际上是实参的一个拷贝对象，系统自动通过拷贝构造函数实现；
当函数的返回值为一个对象时，该对象实际上是函数内对象的一个拷贝，用于返回函数调用处。

copy方法:如果是非可扩展类对象，则是浅拷贝。如果是可扩展类对象，则是深拷贝。

mutableCopy方法:无论是可扩展类对象还是不可扩展类对象，都是深拷贝。

4.@property的本质是什么？ivar、getter、setter是如何生成并添加到这个类中的

@property 的本质是实例变量（ivar）+存取方法（access method ＝ getter + setter）,即 @property = ivar + getter + setter;

“属性” (property)作为 Objective-C 的一项特性，主要的作用就在于封装对象中的数据。 Objective-C 对象通常会把其所需要的数据保存为各种实例变量。实例变量一般通过“存取方法”(access method)来访问。其中，“获取方法” (getter)用于读取变量值，而“设置方法” (setter)用于写入变量值。
ivar、getter、setter 是自动合成这个类中的

完成属性定义后，编译器会自动编写访问这些属性所需的方法，此过程叫做“自动合成”(autosynthesis)。需要强调的是，这个过程由编译器在编译期执行，所以编辑器里看不到这些“合成方法”(synthesized method)的源代码。除了生成方法代码 getter、setter 之外，编译器还要自动向类中添加适当类型的实例变量，并且在属性名前面加下划线，以此作为实例变量的名字。在前例中，会生成两个实例变量，其名称分别为 _firstName 与 _lastName。也可以在类的实现代码里通过 @synthesize 语法来指定实例变量的名字.

5.@protocol和category中如何使用@property

在 protocol 中使用 property 只会生成 setter 和 getter 方法声明,我们使用属性的目的,是希望遵守我协议的对象能实现该属性
category 使用 @property 也是只会生成 setter 和 getter 方法的声明,如果我们真的需要给 category 增加属性的实现,需要借助于运行时的两个函数：objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject

6.简要说一下@autoreleasePool的数据结构？？

简单说是双向链表，每张链表头尾相接，有 parent、child指针

每创建一个池子，会在首部创建一个哨兵对象,作为标记

最外层池子的顶端会有一个next指针。当链表容量满了，就会在链表的顶端，并指向下一张表。

7.BAD_ACCESS在什么情况下出现？

访问了悬垂指针，比如对一个已经释放的对象执行了release、访问已经释放对象的成员变量或者发消息。死循环

8.使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点？

CADisplayLink、NSTimer会造成循环引用，可以使用YYWeakProxy或者为CADisplayLink、NSTimer添加block方法解决循环引用

9.iOS内存分区情况

栈区（Stack）

由编译器自动分配释放，存放函数的参数，局部变量的值等

栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域
堆区（Heap）

由程序员分配释放

是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域
全局区

全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域

程序结束后由系统释放
常量区

常量字符串就是放在这里的

程序结束后由系统释放
代码区

存放函数体的二进制代码
注：
- 在 iOS 中，堆区的内存是应用程序共享的，堆中的内存分配是系统负责的
- 系统使用一个链表来维护所有已经分配的内存空间（系统仅仅记录，并不管理具体的内容）
- 变量使用结束后，需要释放内存，OC 中是判断引用计数是否为 0，如果是就说明没有任何变量使用该空间，那么系统将其回收
- 当一个 app 启动后，代码区、常量区、全局区大小就已经固定，因此指向这些区的指针不会产生崩溃性的错误。而堆区和栈区是时时刻刻变化的（堆的创建销毁，栈的弹入弹出），所以当使用一个指针指向这个区里面的内存时，一定要注意内存是否已经被释放，否则会产生程序崩溃（也即是野指针报错）

10.iOS内存管理方式

Tagged Pointer（小对象）

Tagged Pointer 专门用来存储小的对象，例如 NSNumber 和 NSDate

Tagged Pointer 指针的值不再是地址了，而是真正的值。所以，实际上它不再是一个对象了，它只是一个披着对象皮的普通变量而已。所以，它的内存并不存储在堆中，也不需要 malloc 和 free

在内存读取上有着 3 倍的效率，创建时比以前快 106 倍

objc_msgSend 能识别 Tagged Pointer，比如 NSNumber 的 intValue 方法，直接从指针提取数据

使用 Tagged Pointer 后，指针内存储的数据变成了 Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中

NONPOINTER_ISA （指针中存放与该对象内存相关的信息）苹果将 isa 设计成了联合体，在 isa 中存储了与该对象相关的一些内存的信息，原因也如上面所说，并不需要 64 个二进制位全部都用来存储指针。

isa 的结构：

// x86_64 架构
struct {
    uintptr_t nonpointer        : 1;  // 0:普通指针，1:优化过，使用位域存储更多信息
    uintptr_t has_assoc         : 1;  // 对象是否含有或曾经含有关联引用
    uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;  // 表示是否有C++析构函数或OC的dealloc
    uintptr_t shiftcls          : 44; // 存放着 Class、Meta-Class 对象的内存地址信息
    uintptr_t magic             : 6;  // 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
    uintptr_t weakly_referenced : 1;  // 是否被弱引用指向
    uintptr_t deallocating      : 1;  // 对象是否正在释放
    uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;  // 是否需要使用 sidetable 来存储引用计数
    uintptr_t extra_rc          : 8;  // 引用计数能够用 8 个二进制位存储时，直接存储在这里
};

// arm64 架构
struct {
    uintptr_t nonpointer        : 1;  // 0:普通指针，1:优化过，使用位域存储更多信息
    uintptr_t has_assoc         : 1;  // 对象是否含有或曾经含有关联引用
    uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;  // 表示是否有C++析构函数或OC的dealloc
    uintptr_t shiftcls          : 33; // 存放着 Class、Meta-Class 对象的内存地址信息
    uintptr_t magic             : 6;  // 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
    uintptr_t weakly_referenced : 1;  // 是否被弱引用指向
    uintptr_t deallocating      : 1;  // 对象是否正在释放
    uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;  // 是否需要使用 sidetable 来存储引用计数
    uintptr_t extra_rc          : 19;  // 引用计数能够用 19 个二进制位存储时，直接存储在这里
};

这里的 has_sidetable_rc 和 extra_rc，has_sidetable_rc 表明该指针是否引用了 sidetable 散列表，之所以有这个选项，是因为少量的引用计数是不会直接存放在 SideTables 表中的，对象的引用计数会先存放在 extra_rc 中，当其被存满时，才会存入相应的 SideTables 散列表中，SideTables 中有很多张 SideTable，每个 SideTable 也都是一个散列表，而引用计数表就包含在 SideTable 之中。

散列表（引用计数表、弱引用表）

引用计数要么存放在 isa 的 extra_rc 中，要么存放在引用计数表中，而引用计数表包含在一个叫 SideTable 的结构中，它是一个散列表，也就是哈希表。而 SideTable 又包含在一个全局的 StripeMap 的哈希映射表中，这个表的名字叫 SideTables。

当一个对象访问 SideTables 时：
- 首先会取得对象的地址，将地址进行哈希运算，与 SideTables 中 SideTable 的个数取余，最后得到的结果就是该对象所要访问的 SideTable
- 在取得的 SideTable 中的 RefcountMap 表中再进行一次哈希查找，找到该对象在引用计数表中对应的位置
- 如果该位置存在对应的引用计数，则对其进行操作，如果没有对应的引用计数，则创建一个对应的 size_t 对象，其实就是一个 uint 类型的无符号整型
弱引用表也是一张哈希表的结构，其内部包含了每个对象对应的弱引用表 weak_entry_t，而 weak_entry_t 是一个结构体数组，其中包含的则是每一个对象弱引用的对象所对应的弱引用指针。

11.循环引用

1. 概述

iOS内存中的分区有：堆、栈、静态区。其中，栈和静态区是操作系统自己管理回收，不会造成循环引用。在堆中的相互引用无法回收，有可能造成循环引用。

循环引用的实质：多个对象相互之间有强引用，不能施放让系统回收。

解决循环引用一般是将 strong 引用改为 weak 引用。

2. 循环引用场景分析及解决方法

1）父类与子类

如：在使用UITableView 的时候，将 UITableView 给 Cell 使用，cell 中的 strong 引用会造成循环引用。

// controller
- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    TestTableViewCell *cell =[tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"UITableViewCellId" forIndexPath:indexPath];
    cell.tableView = tableView;
    return cell;
}

// cell
@interface TestTableViewCell : UITableViewCell
@property (nonatomic, strong) UITableView *tableView; // strong 造成循环引用
@end

解决：strong 改为 weak

// cell
@interface TestTableViewCell : UITableViewCell
@property (nonatomic, weak) UITableView *tableView; // strong 改为 weak
@end

2）block

block在copy时都会对block内部用到的对象进行强引用的。

self.testObject.testCircleBlock = ^{
   [self doSomething];
};

self将block作为自己的属性变量，而在block的方法体里面又引用了 self 本身，此时就很简单的形成了一个循环引用。

应该将 self 改为弱引用

__weak typeof(self) weakSelf = self;
 self.testObject.testCircleBlock = ^{
      __strong typeof (weakSelf) strongSelf = weakSelf;
      [strongSelf doSomething];
};

在 ARC 中，在被拷贝的 block 中无论是直接引用 self 还是通过引用 self 的成员变量间接引用 self，该 block 都会 retain self。

快速定义宏

    // weak obj
    /#define WEAK_OBJ(type)  __weak typeof(type) weak##type = type;

    // strong obj
    /#define STRONG_OBJ(type)  __strong typeof(type) str##type = weak##type;

3）Delegate

delegate 属性的声明如下：

@property (nonatomic, weak) id <TestDelegate> delegate;

如果将 weak 改为 strong，则会造成循环引用

// self -> AViewController
BViewController *bVc = [BViewController new];
bVc = self; 
[self.navigationController pushViewController: bVc animated:YES];

   // 假如是 strong 的情况
   // bVc.delegate ===> AViewController (也就是 A 的引用计数 + 1)
   // AViewController 本身又是引用了 <BViewControllerDelegate> ===> delegate 引用计数 + 1
   // 导致： AViewController <======> Delegate ，也就循环引用啦

4）NSTimer

NSTimer 的 target 对传入的参数都是强引用（即使是 weak 对象）

解决办法: 《Effective Objective-C 》中的52条方法

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSTimer (YPQBlocksSupport)

+ (NSTimer *)ypq_scheduledTimeWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                         block:(void(^)())block
                                       repeats:(BOOL)repeats;

@end

#import "NSTimer+YPQBlocksSupport.h"

@implementation NSTimer (YPQBlocksSupport)

+ (NSTimer *)ypq_scheduledTimeWithTimeInterval:(NSTimeInterval)interval
                                         block:(void(^)())block
                                       repeats:(BOOL)repeats
{
    return [self scheduledTimerWithTimeInterval:interval
                                         target:self
                                       selector:@selector(ypq_blockInvoke:) userInfo:[block copy]
                                        repeats:repeats];
}

- (void)ypq_blockInvoke:(NSTimer *)timer
{
    void (^block)() = timer.userInfo;
    if(block)
    {
        block();
    }
}

@end

使用方式：

__weak ViewController * weakSelf = self;
[NSTimer ypq_scheduledTimeWithTimeInterval:4.0f
                                     block:^{
                                         ViewController * strongSelf = weakSelf;
                                         [strongSelf afterThreeSecondBeginAction];
                                     }
                                   repeats:YES];

计时器保留其目标对象，反复执行任务导致的循环，确实要注意，另外在dealloc的时候，不要忘了调用计时器中的 invalidate方法。

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如下图所示: