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Runtime经典面试题(附答案)

上篇文章:Runtime在工作中的运用

1.objc在向一个对象发送消息时,发生了什么?

objc在向一个对象发送消息时,runtime会根据对象的isa指针找到该对象实际所属的类,然后在该类中的方法列表以及其父类方法列表中寻找方法运行,如果一直到根类还没找到,转向拦截调用,走消息转发机制,一旦找到 ,就去执行它的实现IMP

详解:请看Runtime在工作中的运用 第二章Runtime消息机制;

2.objc中向一个nil对象发送消息将会发生什么?

如果向一个nil对象发送消息,首先在寻找对象的isa指针时就是0地址返回了,所以不会出现任何错误。也不会崩溃。

详解: 如果一个方法返回值是一个对象,那么发送给nil的消息将返回0(nil);

如果方法返回值为指针类型,其指针大小为小于或者等于sizeof(void*) ,float,double,long double 或者long long的整型标量,发送给nil的消息将返回0;

如果方法返回值为结构体,发送给nil的消息将返回0。结构体中各个字段的值将都是0;

如果方法的返回值不是上述提到的几种情况,那么发送给nil的消息的返回值将是未定义的。

3.objc中向一个对象发送消息[obj foo]和objc_msgSend()函数之间有什么关系?

在objc编译时,[obj foo] 会被转意为:objc_msgSend(obj, @selector(foo));

详解:请看Runtime在工作中的运用 第二章Runtime消息机制;

4.什么时候会报unrecognized selector的异常?

objc在向一个对象发送消息时,runtime库会根据对象的isa指针找到该对象实际所属的类,然后在该类中的方法列表以及其父类方法列表中寻找方法运行,如果,在最顶层的父类中依然找不到相应的方法时,会进入消息转发阶段,如果消息三次转发流程仍未实现,则程序在运行时会挂掉并抛出异常unrecognized selector sent to XXX 。

详解:请看Runtime在工作中的运用 第三章Runtime方法调用流程;

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?为什么?

不能向编译后得到的类中增加实例变量;

能向运行时创建的类中添加实例变量;

1.因为编译后的类已经注册在 runtime 中,类结构体中的 objc_ivar_list 实例变量的链表和 instance_size 实例变量的内存大小已经确定,同时runtime会调用 class_setvarlayout 或 class_setWeaklvarLayout 来处理strong weak 引用.所以不能向存在的类中添加实例变量。

2.运行时创建的类是可以添加实例变量,调用class_addIvar函数. 但是的在调用 objc_allocateClassPair 之后,objc_registerClassPair 之前,原因同上.

6.给类添加一个属性后,在类结构体里哪些元素会发生变化?

instance_size :实例的内存大小;objc_ivar_list *ivars:属性列表

7.一个objc对象的isa的指针指向什么?有什么作用?

指向他的类对象,从而可以找到对象上的方法

详解:下图很好的描述了对象,类,元类之间的关系:

图中实线是 super_class指针,虚线是isa指针。

  1. Root class (class)其实就是NSObject,NSObject是没有超类的,所以Root class(class)的superclass指向nil。
  2. 每个Class都有一个isa指针指向唯一的Meta class
  3. Root class(meta)的superclass指向Root class(class),也就是NSObject,形成一个回路。
  4. 每个Meta class的isa指针都指向Root class (meta)。

8.[self class] 与 [super class]

下面的代码输出什么?

   @implementation Son : Father
   - (id)init
   {
       self = [super init];
       if (self) {
           NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
           NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
       }
       return self;
   }
   @end
复制代码

NSStringFromClass([self class]) = Son NSStringFromClass([super class]) = Son

详解:这个题目主要是考察关于 Objective-C 中对 self 和 super 的理解。

self 是类的隐藏参数,指向当前调用方法的这个类的实例;

super 本质是一个编译器标示符,和 self 是指向的同一个消息接受者。不同点在于:super 会告诉编译器,当调用方法时,去调用父类的方法,而不是本类中的方法。

当使用 self 调用方法时,会从当前类的方法列表中开始找,如果没有,就从父类中再找;而当使用 super 时,则从父类的方法列表中开始找。然后调用父类的这个方法。

在调用[super class]的时候,runtime会去调用objc_msgSendSuper方法,而不是objc_msgSend

OBJC_EXPORT void objc_msgSendSuper(void /* struct objc_super *super, SEL op, ... */ )

/// Specifies the superclass of an instance. 
struct objc_super {
    /// Specifies an instance of a class.
    __unsafe_unretained 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 Class class;
#else
    __unsafe_unretained Class super_class;
#endif
    /* super_class is the first class to search */
};
复制代码

在objc_msgSendSuper方法中,第一个参数是一个objc_super的结构体,这个结构体里面有两个变量,一个是接收消息的receiver,一个是当前类的父类super_class。

objc_msgSendSuper的工作原理应该是这样的: 从objc_super结构体指向的superClass父类的方法列表开始查找selector,找到后以objc->receiver去调用父类的这个selector。注意,最后的调用者是objc->receiver,而不是super_class!

那么objc_msgSendSuper最后就转变成:

// 注意这里是从父类开始msgSend,而不是从本类开始
objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))

/// Specifies an instance of a class.  这是类的一个实例
    __unsafe_unretained id receiver;   


// 由于是实例调用,所以是减号方法
- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}
复制代码

由于找到了父类NSObject里面的class方法的IMP,又因为传入的入参objc_super->receiver = self。self就是son,调用class,所以父类的方法class执行IMP之后,输出还是son,最后输出两个都一样,都是输出son。

9.runtime如何通过selector找到对应的IMP地址?

每一个类对象中都一个方法列表,方法列表中记录着方法的名称,方法实现,以及参数类型,其实selector本质就是方法名称,通过这个方法名称就可以在方法列表中找到对应的方法实现.

10._objc_msgForward函数是做什么的,直接调用它将会发生什么?

_objc_msgForward是 IMP 类型,用于消息转发的:当向一个对象发送一条消息,但它并没有实现的时候,_objc_msgForward会尝试做消息转发。

详解:_objc_msgForward在进行消息转发的过程中会涉及以下这几个方法:

  1. resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。
  2. forwardingTargetForSelector:方法
  3. methodSignatureForSelector:方法
  4. forwardInvocation:方法
  5. doesNotRecognizeSelector: 方法

具体请见:请看Runtime在工作中的运用 第三章Runtime方法调用流程;

11. runtime如何实现weak变量的自动置nil?知道SideTable吗?

runtime 对注册的类会进行布局,对于 weak 修饰的对象会放入一个 hash 表中。 用 weak 指向的对象内存地址作为 key,当此对象的引用计数为0的时候会 dealloc,假如 weak 指向的对象内存地址是a,那么就会以a为键, 在这个 weak 表中搜索,找到所有以a为键的 weak 对象,从而设置为 nil。

更细一点的回答:

1.初始化时:runtime会调用objc_initWeak函数,初始化一个新的weak指针指向对象的地址。
2.添加引用时:objc_initWeak函数会调用objc_storeWeak() 函数, objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向,创建对应的弱引用表。
3.释放时,调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组,然后遍历这个数组把其中的数据设为nil,最后把这个entry从weak表中删除,最后清理对象的记录。

SideTable结构体是负责管理类的引用计数表和weak表,

详解:参考自《Objective-C高级编程》一书 1.初始化时:runtime会调用objc_initWeak函数,初始化一个新的weak指针指向对象的地址。

{
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    id __weak obj1 = obj;
}
复制代码

当我们初始化一个weak变量时,runtime会调用 NSObject.mm 中的objc_initWeak函数。

// 编译器的模拟代码
 id obj1;
 objc_initWeak(&obj1, obj);
/*obj引用计数变为0,变量作用域结束*/
 objc_destroyWeak(&obj1);
复制代码

通过objc_initWeak函数初始化“附有weak修饰符的变量(obj1)”,在变量作用域结束时通过objc_destoryWeak函数释放该变量(obj1)。

2.添加引用时:objc_initWeak函数会调用objc_storeWeak() 函数, objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向,创建对应的弱引用表。

objc_initWeak函数将“附有weak修饰符的变量(obj1)”初始化为0(nil)后,会将“赋值对象”(obj)作为参数,调用objc_storeWeak函数。

obj1 = 0;
obj_storeWeak(&obj1, obj);
复制代码

也就是说:

weak 修饰的指针默认值是 nil (在Objective-C中向nil发送消息是安全的)

然后obj_destroyWeak函数将0(nil)作为参数,调用objc_storeWeak函数。

objc_storeWeak(&obj1, 0);
复制代码

前面的源代码与下列源代码相同。

// 编译器的模拟代码
id obj1;
obj1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);
/* ... obj的引用计数变为0,被置nil ... */
objc_storeWeak(&obj1, 0);
复制代码

objc_storeWeak函数把第二个参数的赋值对象(obj)的内存地址作为键值,将第一个参数__weak修饰的属性变量(obj1)的内存地址注册到 weak 表中。如果第二个参数(obj)为0(nil),那么把变量(obj1)的地址从weak表中删除。

由于一个对象可同时赋值给多个附有__weak修饰符的变量中,所以对于一个键值,可注册多个变量的地址。

可以把objc_storeWeak(&a, b)理解为:objc_storeWeak(value, key),并且当key变nil,将value置nil。在b非nil时,a和b指向同一个内存地址,在b变nil时,a变nil。此时向a发送消息不会崩溃:在Objective-C中向nil发送消息是安全的。

3.释放时,调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组,然后遍历这个数组把其中的数据设为nil,最后把这个entry从weak表中删除,最后清理对象的记录。

当weak引用指向的对象被释放时,又是如何去处理weak指针的呢?当释放对象时,其基本流程如下:

1.调用objc_release
2.因为对象的引用计数为0,所以执行dealloc
3.在dealloc中,调用了_objc_rootDealloc函数
4.在_objc_rootDealloc中,调用了object_dispose函数
5.调用objc_destructInstance
6.最后调用objc_clear_deallocating

对象被释放时调用的objc_clear_deallocating函数:

1.从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录
2.将包含在记录中的所有附有 weak修饰符变量的地址,赋值为nil
3.将weak表中该记录删除
4.从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录

总结:

其实Weak表是一个hash(哈希)表,Key是weak所指对象的地址,Value是weak指针的地址(这个地址的值是所指对象指针的地址)数组。

12.isKindOfClass 与 isMemberOfClass

下面代码输出什么?

@interface Sark : NSObject
@end
@implementation Sark
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        BOOL res1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
        BOOL res2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
        BOOL res3 = [(id)[Sark class] isKindOfClass:[Sark class]];
        BOOL res4 = [(id)[Sark class] isMemberOfClass:[Sark class]];
        NSLog(@"%d %d %d %d", res1, res2, res3, res4);
    }
    return 0;
}
复制代码

1000

详解:

isKindOfClass中有一个循环,先判断class是否等于meta class,不等就继续循环判断是否等于meta classsuper class,不等再继续取super class,如此循环下去。

[NSObject class]执行完之后调用isKindOfClass,第一次判断先判断NSObjectNSObjectmeta class是否相等,之前讲到meta class的时候放了一张很详细的图,从图上我们也可以看出,NSObjectmeta class与本身不等。接着第二次循环判断NSObjectmeta classsuperclass是否相等。还是从那张图上面我们可以看到:Root class(meta)superclass就是 Root class(class),也就是NSObject本身。所以第二次循环相等,于是第一行res1输出应该为YES。

同理,[Sark class]执行完之后调用isKindOfClass,第一次for循环,Sark的Meta Class[Sark class]不等,第二次for循环,Sark Meta Classsuper class 指向的是 NSObject Meta Class, 和Sark Class不相等。第三次for循环,NSObject Meta Classsuper class指向的是NSObject Class,和 Sark Class 不相等。第四次循环,NSObject Classsuper class 指向 nil, 和 Sark Class不相等。第四次循环之后,退出循环,所以第三行的res3输出为NO。

isMemberOfClass的源码实现是拿到自己的isa指针和自己比较,是否相等。 第二行isa 指向 NSObjectMeta Class,所以和 NSObject Class不相等。第四行,isa指向Sark的Meta Class,和Sark Class也不等,所以第二行res2和第四行res4都输出NO。

13.使用runtime Associate方法关联的对象,需要在主对象dealloc的时候释放么?

无论在MRC下还是ARC下均不需要,被关联的对象在生命周期内要比对象本身释放的晚很多,它们会在被 NSObject -dealloc 调用的object_dispose()方法中释放。

详解:

1、调用 -release :引用计数变为零
对象正在被销毁,生命周期即将结束. 
不能再有新的 __weak 弱引用,否则将指向 nil.
调用 [self dealloc]

2、 父类调用 -dealloc 
继承关系中最直接继承的父类再调用 -dealloc 
如果是 MRC 代码 则会手动释放实例变量们(iVars)
继承关系中每一层的父类 都再调用 -dealloc

>3、NSObject 调 -dealloc 
只做一件事:调用 Objective-C runtime 中object_dispose() 方法

>4. 调用 object_dispose()
为 C++ 的实例变量们(iVars)调用 destructors
为 ARC 状态下的 实例变量们(iVars) 调用 -release 
解除所有使用 runtime Associate方法关联的对象 
解除所有 __weak 引用 
调用 free()
复制代码

14. 什么是method swizzling(俗称黑魔法)

简单说就是进行方法交换

详解:请看Runtime在工作中的运用 第五章Runtime方法交换;

在Objective-C中调用一个方法,其实是向一个对象发送消息,查找消息的唯一依据是selector的名字。利用Objective-C的动态特性,可以实现在运行时偷换selector对应的方法实现,达到给方法挂钩的目的。

每个类都有一个方法列表,存放着方法的名字和方法实现的映射关系,selector的本质其实就是方法名,IMP有点类似函数指针,指向具体的Method实现,通过selector就可以找到对应的IMP。

换方法的几种实现方式

  • 利用 method_exchangeImplementations 交换两个方法的实现
  • 利用 class_replaceMethod 替换方法的实现
  • 利用 method_setImplementation 来直接设置某个方法的IMP

15.Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?

下面的代码会?Compile Error / Runtime Crash / NSLog…?

@interface NSObject (Sark)
+ (void)foo;
- (void)foo;
@end

@implementation NSObject (Sark)
- (void)foo {
    NSLog(@"IMP: -[NSObject (Sark) foo]");
}
@end

// 测试代码
[NSObject foo];
[[NSObject new] performSelector:@selector(foo)];
复制代码

IMP: -[NSObject(Sark) foo] ,全都正常输出,编译和运行都没有问题。

详解:

这道题和上一道题很相似,第二个调用肯定没有问题,第一个调用后会从元类中查找方法,然而方法并不在元类中,所以找元类的superclass。方法定义在是NSObjectCategory,由于NSObject的对象模型比较特殊,元类的superclass是类对象,所以从类对象中找到了方法并调用。

感谢:

霜神、iOS程序犭袁、sunnyxx

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