iOS开发面试只需知道这些，技术基本通关！（Runtime篇）

Posted 2021-08-25 iOS是大鑫呀

#一、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)。

#二、一个NSObject对象占用多少内存空间？

受限于内存分配的机制，一个 NSObject对象都会分配 16byte 的内存空间。

但是实际上在 64 位 下，只使用了8byte;在 32 位下，只使用了 4byte

一个 NSObject 实例对象成员变量所占的大小，实际上是 8 字节

本质是

获取Obj-C指针所指向的内存的大小，实际上是 16 字节

对象在分配内存空间时，会进行内存对齐，所以在 ios中，分配内存空间都是 16 字节 的倍数。可以通过以下网址 ：openSource.apple.com/tarballs来查看源代码。

#三、说一下对class_rw_t的理解？

rw 代表可读可写。

ObjC 类中的属性、方法还有遵循的协议等信息都保存在class_rw_t 中：

四、说一下对class_ro_t的理解？

存储了当前类在编译期就已经确定的属性、方法以及遵循的协议。

五、说一下对isa指针的理解

说一下对 isa 指针的理解， 对象的isa 指针指向哪里？isa 指针有哪两种类型？

isa等价于 is kind of

· 实例对象isa 指向类对象

· 类对象指isa 向元类对象

· 元类对象的isa 指向元类的基类

isa 有两种类型

· 纯指针，指向内存地址

· NON_POINTER_ISA，除了内存地址，还存有一些其他信息

##isa源码分析

在 Runtime源码查看isa_t 是共用体。简化结构如下：

六、说一下Runtime的方法缓存？存储的形式、数据结构以及查找的过程？

cache_t 增量扩展的哈希表结构。哈希表内部存储的 bucket_t.

bucket_t 中存储的是SEL 和 IMP 的键值对。

如果是有序方法列表，采用二分查找

如果是无序方法列表，直接遍历查找

cache_t 结构体

散列表查找过程，在objc-cache.mm 文件中

上面是查询散列表函数，其中cache_hash(k, m)是静态内联方法，将传入的key 和mask 进行&操作返回uint32_t索引值。do-while循环查找过程，当发生冲突cache_next 方法将索引值减 1。

七、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：

#八、实例对象的数据结构？

具体可以参看 Runtime源代码，在文件objc-private.h  的第  127-232 行。

本质上objc_object 的私有属性只有一个 isa 指针。指向 类对象 的内存地址。

九、什么是method swizzling（俗称黑魔法)

简单说就是进行方法交换

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

十、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 。

十一、如何给 Category添加属性？关联对象以什么形式进行存储？

查看的是 关联对象 的知识点。详细的说一下 关联对象。

关联对象 以哈希表的格式，存储在一个全局的单例中。

十二、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<br/>之后，objc_registerClassPair之前,原因同上.

十三、类对象的数据结构？

具体可以参看 Runtime源代码。类对象就是 objc_class。

它的结构相对丰富一些。继承自objc_object 结构体，所以包含 isa 指针

· isa：指向元类

· superClass: 指向父类

· Cache: 方法的缓存列表

· data: 顾名思义，就是数据。是一个被封装好的 class_rw_t 。

十四、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.

十五、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。

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

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。

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。

前面的源代码与下列源代码相同。

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。

#十六、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。

十七、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 。

十八、isKindOfClass与isMemberOfClass

下面代码输出什么？

答案：1000

详解：

在 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 class 的 super 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NSObject 和  NSObject 的meta 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，NSObject 的metaclass 与本身不等。
接着第二次循环判断NSObject 与 meta class 的superclass 是否相等。还是从那张图上面我们可以看到：Root class(meta) 的 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 与[Sark class]不等，第二次for 循环，Sark Meta Class 的 super class 指向的是 NSObject Meta Class， 和 Sark Class不相等。第三次for 循环，NSObject Meta Class 的super class 指向的是 NSObject Class，和Sark Class不相等。第四次循环，NSObject Class 的 super 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 NSObject 的Meta 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。

十九、Category在编译过后，是在什么时机与原有的类合并到一起的？

1. 程序启动后，通过编译之后，Runtime 会进行初始化，调用 _objc_init。

2. 然后会 map_images。

3. 接下来调用 map_images_nolock。

4. 再然后就是 read_images，这个方法会读取所有的类的相关信息。

5. 最后是调用 reMethodizeClass:，这个方法是重新方法化的意思。

6. 在reMethodizeClass: 方法内部会调用 attachCategories: ，这个方法会传入Class和Category ，会将方法列表，协议列表等与原有的类合并。最后加入到 class_rw_t 结构体中。

二十、Category有哪些用途？

· 给系统类添加方法、属性（需要关联对象）。

· 对某个类大量的方法，可以实现按照不同的名称归类。

二十一、Category的实现原理？

被添加在了 class_rw_t 的对应结构里。

Category 实际上是Category_t 的结构体，在运行时，新添加的方法，都被以倒序插入到原有方法列表的最前面，所以不同的Category，添加了同一个方法，执行的实际上是最后一个。

拿方法列表举例，实际上是一个二维的数组。

Category 如果翻看源码的话就会知道实际上是一个 _catrgory_t 的结构体。

例如我们在程序中写了一个 Nsobject+Tools 的分类，那么被编译为C++ 之后，实际上是：

Category 在刚刚编译完的时候，和原来的类是分开的，只有在程序运行起来后，通过 Runtime ，

Category 和原来的类才会合并到一起。

mememove，memcpy：这俩方法是位移、复制，简单理解就是原有的方法移动到最后，根根新开辟的控件， 把前面的位置留给分类，然后分类中的方法，按照倒序依次插入，可以得出的结论就就是，越晚参与编译的分类，里面的方法才是生效的那个。

二十二、_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. List itemresolveInstanceMethod:方法 (或resolveClassMethod:)。

2.List itemforwardingTargetForSelector:方法

3. List itemmethodSignatureForSelector:方法

4. List itemforwardInvocation:方法

5. List itemdoesNotRecognizeSelector: 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；

二十三、[self class] 与 [super class]

下面的代码输出什么？

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；

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:

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。