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iOS-底层原理 20:OC底层面试解析

iOS-底层原理 20:OC底层面试解析

作者: Style_月月 | 来源:发表于2020-10-24 20:19 被阅读0次

    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

    • 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)

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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方法编号 - 在read_images期间就编译进了内存

    • imp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

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      运行程序,打印结果如下
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    • 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clangsuper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
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        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LGTeacher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
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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
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      • 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_imagesreadClass时已经加入表中,所以打印为LGTeacher

    • [super 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?

      • personisa指向类LGPersonperson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
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    • [(__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<ViewController: 0x7fe29170b560>

      • person方式的调用打印的kc_name(null)

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    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
            image
            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_cmdviewDidLoad方法的两个隐藏参数,是高地址->低地址正向压栈

      • class_getSuperClassselfobjc_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

    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_getSuperclassViewController,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

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    其中 personLGPerson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

    • 指针、对象中,例如person指向的空间中,person所在的空间在栈中

    • 临时变量

    • 属性值,属性随对象是在

    注意:

    • 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

      • 0x70 开头的地址表示在

      • 0x10 开头的地址表示在全局区域

    ### 【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


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