[iOS面试]第3章 RunTime相关面试问题

本文主讲RunTime相关面试问题，包括数据结构、类对象与元类对象、消息传递、方法缓存、消息转发、Method-Swizzling、动态添加方法、动态方法解析。

一、类对象与元类对象

1) objc_object

objc_object结构

实际使用所有对象都是id类型, id对象代表就是objc_object结构体.
id = objc_object 分为以下几部分:

• isa_t
• 关于isa操作相关(如:获取isa所指向的类对象 或者 通过类对象isa获取它元类对象一些便利方法)
• 弱引用相关 (如:标记一个对象是否标记过弱引用指针)
• 关联对象相关(如: 这个对象设置关联属性)
• 内存管理相关 (如:MRC retain release , ARC @autoreleasepool)

2) objc_class

objc_class结构

Class = objc_class
objc_class 继承自 objc_object, 所以Class也是一个对象

• Class superClass (指向父类对象)
• cache_t cache (方法缓存结构, 进行消息传递会使用这个数据结构)
• class_data_bits_t bits (类定义的变量 属性和方法都在这个结构中)

3) isa指针

isa_t结构

共用体 isa_t (问题:isa指针是什么含义?)

• 在32位或64位架构下，都是32或者64个0或者1的二进制数字 ,isa指针分为指针形isa和非指针形isa
• 指针型isa的值代表Class的地址
• 非指针型isa的值的部分代表Class的地址

4) isa指针的指向

isa指向

• 关于对象，其指向类对象
• 关于类对象，其指向元类对象
• 元类对象的isa指针都指向根元类对象，而根元类对象对象的isa指针指向根类对象。

方法调用时,调用实例方法实际上通过isa指针到类对象中进行方法查找.
如果调用类方法, 通过类对象isa这种到元类对象中进行方法查找.

5) cache_t

cache_t 特点:

• 用于快速查找方法执行函数 (提高消息传递速度)
• 是可增量扩展的哈希表结构 (提高查找效率)
• 是局部性原理的最佳应用

cache_t数据结构

cache_t 理解为一个数组实现的, 里边存储 bucket_t结构体, bucket_t有两个成员变量. key对应OC中 @selector , IMP理解为无类型函数指针. 调用方法时使用SEL, 通过方法选择器名称来寻找具体实现IMP.

6)class_data_bits_t

• class_data_bits_t主要是对class_rw_t的封装
• class_rw_t 代表类相关的读写信息, 对class_ro_t的封装
• class_ro_t代表类相关的只读信息

7) class_rw_t

class_rw_t数据结构

为一个类添加分类中的协议 属性 方法都在protocols properties methods 这三个结构中.这三个数据结构是一个二维数组(list_array_tt)

8) class_ro_t

class_ro_t数据结构

class_ro_t 中一维数组 ivars protocols properties methodList 存储的原始类定义添加的成员变量 协议 属性和方法列表

二、runtime整体数据结构

1) method_t

method_t结构

method_t结构体封装了函数四要素，其中名称通过SEL方法选择器表示，返回值和参数则由“Type Encodings”类型的字符串表示，函数体则指代了IMP函数指针。

types结构

更多关于Type Encodings

Type Encodings

2)runtime整体数据结构

runtime整体数据结构

三 实例对象、类对象、元类对象

• 类对象存储实例方法列表等信息 的数据结构
• 元类对象存储类方法列表等信息 的数据结构.

关于类对象的isa指针指向可以用下图表示：

实例对象 类对象 元类对象关系.png

• Root class 是根类,分类父类指向nil, 实际指 NSObject这个类
• 左侧部分指实例对象, 也就是objc_object这个数据结构,实例isa指向实例对象的类对象
• 右侧部分指元类对象, 任何元类对象isa指针指向根元类对象,根元类对象自身isa指针指向根元类对象.根元类对象superclass指针指向根类对象
• 当调用类方法从元类对象方法列表中逐级父类往上查找 , 查找到根元类对象(Root class meta)找不到时, 就会去根类(Root class class)对象中查找同名的实例方法实现.

问题:类对象和元类对象有什么区别和联系?
答:

• 实例对象可以通过isa指针找到它的类对象
• 类对象存储实例方法列表等信息,类对象可以通过它的isa指针找到它的元类对象,从而可以访问类方法列表等信息.
• 类对象和元类对象都是objc_class数据结构,objc_class数据结构由于继承objc_object,所以类对象和元类对象才有isa指针.进而实例对象可以通过isa指针找到对应类对象,访问实例方法列表等信息, 类对象通过isa指针找到元类对象,访问类方法列表等信息.

问题:如果调用类方法没有对应的实现, 当时有同名的实例方法实现, 这个时候会不会发生崩溃?会不会产生实际调用?
答: 由于根元类对象的superclass指针指向了根类对象, 当查找到根元类对象(Root class meta)类方法找不到时, 就会去根类(Root class class)对象中查找同名的实例方法实现,如果找到调用.

四、消息传递机制

1) 消息传递流程

可以用下图展示消息传递的流程：

消息传递流程

注意：在消息缓存中查找是通过哈希表来快速定位函数指针，而在当前类方法列表中查找时，对于已经排序好的列表使用二分查找，而对于没有排序的列表采用一般遍历查找法。

2) 缓存查找

例 ：给定值是SEL, 目标值是对应的bucket_t中的IMP.

缓存查找

问题:缓存查找具体的是怎样的流程和步骤?
答:缓存查找实际上就是从 cache_t中 把对应bucket_t找出来.
根据给定的方法选择器,通过一个函数来映射出bucket_t在数组中映射的位置, 实际上就是哈希查找. 哈希查找通过给定的值, 经过哈希函数算法算出的值, 实际为给定值在数组中的索引位置.

3)当前类中查找

• 对于已排序好的列表, 采用二分查找算法查找方法对应执行函数.
• 对于没有排序的列表, 采用一般遍历查找方法对应执行函数.

4)父类逐级查找

父类逐渐查找流程

问题: 消息传递机制?
答:
1)缓存是否命中, 当前类方法列表是否命中, 逐级父类方法列表是否命中
2)根据三个方面分别讲述具体情况

五、消息转发流程

消息转发流程

resolvelnstanceMethod方法中为对象动态添加方法，已达到处理消息未被实现的问题。

当objc_msgSend方法调用找不到响应的函数名称时就会进行消息转发，主要分为3步:
1、动态方法解析
调用方法+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel(实例方法动态解析)和+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel(类方法动态解析)。

2、备援接收者
调用方法 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector

3、完全转发
调用方法- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector和- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

六、Method-Swizzling

+ (void)load{
    //获取test方法
    Method test = class_getInstanceMethod(self, @selector(test));
    //获取otherTest方法
    Method otherTest = class_getInstanceMethod(self, @selector(otherTest));
    //交换两个方法
    method_exchangeImplementations(test, otherTest);
}

- (void)test{
    NSLog(@"test");
}
- (void)otherTest{
    //实际上是调用test具体实现
    [self otherTest];
    NSLog(@"otherTest");
}

七、动态添加方法

问题:是否使用过performSelector: 方法?
答:

void testImp (void) {
    NSLog(@"test invoke");
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    // 如果是test方法 打印日志
    if (sel == @selector(test)) {
        NSLog(@"resolveInstanceMethod:");
        // 动态添加test方法的实现
        class_addMethod(self, @selector(test), testImp, "v@:");
        //解决了实例方法调用 返回YES
        return YES;
    }else{
        // 返回父类的默认调用
        return [super resolveInstanceMethod:sel];
    }
}

八、动态方法解析

@dynamic (问题:是否使用过@dynamic 关键字?)

• 动态运行时语言将函数决议推迟到运行时
  (当把属性标识为@dynamic时, 代表着不需要编译器在编译时为属性生成get方法和set方法的具体实现,而是在运行时具体调用get方法或者set方法时,再去添加具体实现)
• 编译时语言在编译期进行函数决议
  (在编译期就确定了方法函数体是哪个, 具体运行过程中不能修改)

Runtime面试问题总结：

问题: [obj foo] 和 objc_msgSend()函数之间有什么关系?
答: 实际上消息传递, 在编译期处理过程后, [obj foo] 就转变成了objc_magSend(obj, @selector(foo)) , 之后开始runtime消息传递过程

问题:runtime如何通过Selector找到对应的IMP地址的?
答:考察消息传递机制.

• 首先查找当前实例所对应类对象的缓存是否有Selector对应缓存的IMP实现, 如果缓存命中了,就把命中缓存函数返回给调用方.
• 如果缓存没有命中,根据当前类方法列表查找Selector对应的IMP实现
• 如果当前类没有命中, 在根据当前类superclass指针逐级查找父类方法列表,然后查找Selector对应的IMP实现.

问题:能否向编译后的类中添加实例变量?
答:(两个点 编译后的类,还是动态添加的类?)
不能.
由于runtime是支持在运行时动态添加类, 编译之前创建的类,已经完成了实例变量的布局, runtime数据结构中 class_ro_t 编译后没有办法修改的.

问题:能否向动态添加的类中添加实例变量?
答:可以. 动态添加的类调用注册类方法前,完成实例变量的添加是可以实现的.