iOS -- 经典面试题

1. Runtime 是什么？

Runtime是一套有C、C++和汇编混合编写的API，为OC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有编译时，推迟到了运行时。

比如：在编译时，只读取macho中的数据到ro，而真正方法的读取是在rw中体现的，编译好的ro是无法修改的，可以通过运行时API给编译好的类可以通过运行时添加方法和属性。

可以通过Runtime API，可以动态的添加属性，交换方法，调用底层发送消息

2. 方法的本质是什么？SEL是什么？IMP是什么？两者之间的关系是什么？

方法的本质是发送消息，发送消息会有一下几个流程

1. 快速查找(objc_msgSend)，从cache_t中查找是否有缓存的IMP。
2. 慢速查找，递归自己然后父类，lookUpImpOrForward
3. 查找不到消息开始动态方法解析，resolveInstanceMethod
4. 消息快速转发流程，forwardingTargetForSelector
5. 消息慢速转发流程，methodSignatureForSelector & forwardInvocation

SEL是方法编号，在read_iamges期间，就被编译进了内存中的相关表中
IMP就是我们函数实现的指针，找IMP，就是找函数实现的过程。

就比如：sel相当于书本的目录的标题，IMP就相当于书本的页码，我们首先知道我们想看什么，即SEL，然后根据目录找到对应的页码IMP，然后翻到具体内容的一个过程。

3. 能否向编译后的得到的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类添加实例变量？

• 不能向编译后得到的类中添加实例变量，因为我们编译好的实例变量存储在ro中，一旦编译完成，就无法修改。
• 运行时创建的类还没注册到内存，可以添加实例变量。在动态创建的类添加属性的时候，系统不会生成setter和getter，要手动添加。
• 编译后的得到的类，我们也要通过类拓展添加实例变量关联对象，类拓展在编译的时候做为类的一部分直接编译到ro中的，
• 也通过分类添加实例变量，需要用关联对象，本质是实例变量的值在关联哈希表中的存储和读取。

4. isKindOfClass 和 isMemberOfClass 的区别

下面代码怎么打印：

        BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL re3 = [(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
        BOOL re4 = [(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
        NSLog(@" re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);

        BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL re7 = [(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
        BOOL re8 = [(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
        NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);
        
        打印结果：1 0 0 0     1 1 1 1

经典isa走位图：

isKindOfClass有一个继承递归父类的过程，有更多的容错

isMemberOfClass 直接对比元类和类

5. [self class] 和 [super class] 的区别

[self class]本质就是发送消息objc_msgSend，消息接受者是 self, 方法编号:class。

[super class]本质是objc_msgSendSuper，消息的接收者还是self，
方法编号:class 。只是objc_msgSendSuper 会更快 直接跳过 self 的查找

6. weak 原理，weak 如何实现，为什么可以自动置为 nil

通过汇编查看，当用__weak去修饰一个对象的时候，底层会调用下面的方法：

id objc_initWeak(id *location, id newObj)
{
    if (!newObj) {
        *location = nil;
        return nil;
    }

    return storeWeak
        (location, (objc_object*)newObj);
}

查看storeWeak方法

static id 
storeWeak(id *location, objc_object *newObj)
{
    assert(haveOld  ||  haveNew);
    if (!haveNew) assert(newObj == nil);

    Class previouslyInitializedClass = nil;
    id oldObj;
    SideTable *oldTable;
    SideTable *newTable;

    // Acquire locks for old and new values.
    // Order by lock address to prevent lock ordering problems. 
    // Retry if the old value changes underneath us.
 retry:
    if (haveOld) {
        oldObj = *location;
        oldTable = &SideTables()[oldObj];
    } else {
        oldTable = nil;
    }
    if (haveNew) {
        newTable = &SideTables()[newObj];
    } else {
        newTable = nil;
    }

    SideTable::lockTwo(oldTable, newTable);

    if (haveOld  &&  *location != oldObj) {
        SideTable::unlockTwo(oldTable, newTable);
        goto retry;
    }

    // Prevent a deadlock between the weak reference machinery
    // and the +initialize machinery by ensuring that no 
    // weakly-referenced object has an un-+initialized isa.
    if (haveNew  &&  newObj) {
        Class cls = newObj->getIsa();
        if (cls != previouslyInitializedClass  &&  
            !((objc_class *)cls)->isInitialized()) 
        {
            SideTable::unlockTwo(oldTable, newTable);
            class_initialize(cls, (id)newObj);

            // If this class is finished with +initialize then we're good.
            // If this class is still running +initialize on this thread 
            // (i.e. +initialize called storeWeak on an instance of itself)
            // then we may proceed but it will appear initializing and 
            // not yet initialized to the check above.
            // Instead set previouslyInitializedClass to recognize it on retry.
            previouslyInitializedClass = cls;

            goto retry;
        }
    }

    // ✅Clean up old value, if any.
    if (haveOld) {
        weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
    }

    // ✅Assign new value, if any.
    if (haveNew) {
        newObj = (objc_object *)
            weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, (id)newObj, location, 
                                  crashIfDeallocating);
        // weak_register_no_lock returns nil if weak store should be rejected

        // Set is-weakly-referenced bit in refcount table.
        if (newObj  &&  !newObj->isTaggedPointer()) {
            newObj->setWeaklyReferenced_nolock();
        }

        // Do not set *location anywhere else. That would introduce a race.
        *location = (id)newObj;
    }
    else {
        // No new value. The storage is not changed.
    }
    
    SideTable::unlockTwo(oldTable, newTable);

    return (id)newObj;
}

在这个方法中，看到底层维护了一张散列表SideTable，从SideTable中找到维系的一张weak_table，然后判断新值和旧值。

• 判断有旧值，直接进入weak_unregister_no_lock，最终在weak_resize方法中

static void weak_resize(weak_table_t *weak_table, size_t new_size)
{
    size_t old_size = TABLE_SIZE(weak_table);

    weak_entry_t *old_entries = weak_table->weak_entries;
    weak_entry_t *new_entries = (weak_entry_t *)
        calloc(new_size, sizeof(weak_entry_t));

    weak_table->mask = new_size - 1;
    weak_table->weak_entries = new_entries;
    weak_table->max_hash_displacement = 0;
    weak_table->num_entries = 0;  // restored by weak_entry_insert below
    
    if (old_entries) {
        weak_entry_t *entry;
        weak_entry_t *end = old_entries + old_size;
        for (entry = old_entries; entry < end; entry++) {
            if (entry->referent) {
                //✅ entry加入到我们的weak_table
                weak_entry_insert(weak_table, entry);
            }
        }
        free(old_entries);
    }
}

通过weak_entry_insert(weak_table, entry)将修饰的对象，插入到eak_table中。

• 判断有新值，进入weak_register_no_lock，

/** 
 * Registers a new (object, weak pointer) pair. Creates a new weak
 * object entry if it does not exist.
 * 
 * @param weak_table The global weak table.
 * @param referent The object pointed to by the weak reference.
 * @param referrer The weak pointer address.
 */
id 
weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, 
                      id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)
{
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
    objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id;

    if (!referent  ||  referent->isTaggedPointer()) return referent_id;

    // ensure that the referenced object is viable
    bool deallocating;
    if (!referent->ISA()->hasCustomRR()) {
        deallocating = referent->rootIsDeallocating();
    }
    else {
        BOOL (*allowsWeakReference)(objc_object *, SEL) = 
            (BOOL(*)(objc_object *, SEL))
            object_getMethodImplementation((id)referent, 
                                           SEL_allowsWeakReference);
        if ((IMP)allowsWeakReference == _objc_msgForward) {
            return nil;
        }
        deallocating =
            ! (*allowsWeakReference)(referent, SEL_allowsWeakReference);
    }

    if (deallocating) {
        if (crashIfDeallocating) {
            _objc_fatal("Cannot form weak reference to instance (%p) of "
                        "class %s. It is possible that this object was "
                        "over-released, or is in the process of deallocation.",
                        (void*)referent, object_getClassName((id)referent));
        } else {
            return nil;
        }
    }

    // now remember it and where it is being stored
    weak_entry_t *entry;
    // ✅根据referent 找到 entyry
    if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
        append_referrer(entry, referrer);
    } 
    else {
        // ✅创建了这个数组 - 插入weak_table
        weak_entry_t new_entry(referent, referrer);
        weak_grow_maybe(weak_table);
        weak_entry_insert(weak_table, &new_entry);
    }

    // Do not set *referrer. objc_storeWeak() requires that the 
    // value not change.

    return referent_id;
}

通过referent从 weak_table中，找到entry，判断entry
是否存在（entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))），存在append_referrer，将其添加到entry中，不存在，则创建一个weak_entry_t，然后四分之三扩容，然后插入到new_entry中(weak_entry_insert(weak_table, &new_entry))。

总结：

__weak底层维系一张散列表SideTable，SideTable中维系一张弱引用表weak_table，在这张弱引用表中，有很多弱引用对象的实体weak_entry_t *entry。

__weak就是根据传进来的弱引用对象，去weak_table中找到对应的实体weak_entry_t *entry，然后检查是否需要扩容（3/4扩容），然后拼接进行内部持有（new_referrers[i] = entry->inline_referrers[i]）的过程，如果这个entry不存在，则创建一下新的实体entry，然后扩容，再插入weak_entry_insert

那么，__weak为什么可以自动置为 nil？

查看dealloc源码，最终在objc_destructInstance方法中，如下源码：

void *objc_destructInstance(id obj) 
{
    if (obj) {
        // Read all of the flags at once for performance.
        bool cxx = obj->hasCxxDtor();
        // ✅关联对象表
        bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();

        // This order is important.
        if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
        // ✅移除关联对象表
        if (assoc) _object_remove_assocations(obj);
        obj->clearDeallocating();
    }

    return obj;
}

进入obj->clearDeallocating()方法

inline void 
objc_object::clearDeallocating()
{
    if (slowpath(!isa.nonpointer)) {
        // Slow path for raw pointer isa.
        
        sidetable_clearDeallocating();
    }
    else if (slowpath(isa.weakly_referenced  ||  isa.has_sidetable_rc)) {
        // Slow path for non-pointer isa with weak refs and/or side table data.
        clearDeallocating_slow();
    }

    assert(!sidetable_present());
}

在clearDeallocating经过判断，最终都会进入到weak_clear_no_lock方法中，

void 
weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) 
{
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;

    weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);
    if (entry == nil) {
        /// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
        //printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
        return;
    }

    // zero out references
    weak_referrer_t *referrers;
    size_t count;
    
    if (entry->out_of_line()) {
        referrers = entry->referrers;
        count = TABLE_SIZE(entry);
    } 
    else {
        referrers = entry->inline_referrers;
        count = WEAK_INLINE_COUNT;
    }
    
    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        objc_object **referrer = referrers[i];
        if (referrer) {
            if (*referrer == referent) {
                *referrer = nil;
            }
            else if (*referrer) {
                _objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
                             "This is probably incorrect use of "
                             "objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
                             "Break on objc_weak_error to debug.\n", 
                             referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
                objc_weak_error();
            }
        }
    }
    
    weak_entry_remove(weak_table, entry);
}

在weak_clear_no_lock中直接将关联对象的指针referrer置为nil,所以当其释放时，会自动设置为空。

7. __strong 分析

跟__weak一样，先通过汇编分析，找到底层调用的objc_storeStrong方法，如下：

void
objc_storeStrong(id *location, id obj)
{
    id prev = *location;
    if (obj == prev) {
        return;
    }
    objc_retain(obj);
    *location = obj;
    objc_release(prev);
}

先objc_retain(obj)，在objc_release(prev)，而objc_retain方法和objc_release方法底层都是发送retain和release消息。

8. 对 数组 越界与什么好的处理方法？（Method Swizzling 的使用）

在处理数组越界的时候，我们很容易想到的就是通过Runtime进行方法交换。

我们通常会创建一个分类，如下：

#import "NSArray+LG.h"
#import "LGRuntimeTool.h"
#import 

@implementation NSArray (LG)

+ (void)load{
    
    [LGRuntimeTool lg_methodSwizzlingWithClass:objc_getClass("__NSArrayI") oriSEL:@selector(objectAtIndex:) swizzledSEL:@selector(lg_objectAtIndex:)];
    [LGRuntimeTool lg_methodSwizzlingWithClass:objc_getClass("__NSArrayI") oriSEL:@selector(objectAtIndexedSubscript:) swizzledSEL:@selector(lg_objectAtIndexedSubscript:)];

}

// 交换的方法

- (id)lg_objectAtIndex:(NSUInteger)index{
    if (index > self.count-1) {
        NSLog(@"数组越界 -- ");
        NSLog(@"取值越界了，记录：%lu > %lu", (unsigned long)index, self.count - 1);
        return nil;
    }
    return [self lg_objectAtIndex:index];
}


- (id)lg_objectAtIndexedSubscript:(NSUInteger)index {
    if (index > self.count-1) {
        NSLog(@"数组越界 -- ");
        NSLog(@"取值越界了，记录：%lu > %lu", (unsigned long)index, self.count - 1);
        return nil;
    }
    return [self lg_objectAtIndexedSubscript:index];
}


#import "LGRuntimeTool.h"
#import 

@implementation LGRuntimeTool
+ (void)lg_methodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"传入的交换类不能为空");

    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
    method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
}

@end

对objectAtIndex和lg_objectAtIndex进行交换，当调用系统objectAtIndex方法时，调用lg_objectAtIndex方法，方便我们在数组越界时的一些处理（比如防崩溃）

那么假如我们在添加了NSArray的分类之后，在某个调用的地方，不小心调用了，NSArray的load方法，比如下面的代码，会发生什么呢？

    self.dataArray = @[@"Hank",@"Cooci",@"Kody",@"CC"];
    [NSArray load];
    NSLog(@"%@",[self.dataArray objectAtIndex:4]);

通过验证，上面的代码，会崩溃，当再次调用load方法时，会再次交换方法，调用系统的objectAtIndex方法，而导致崩溃。

所以，我们要在添加分类的load方法中，使用单例，防止方法多次重复交换

+ (void)load{
    
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [LGRuntimeTool lg_methodSwizzlingWithClass:objc_getClass("__NSArrayI") oriSEL:@selector(objectAtIndex:) swizzledSEL:@selector(lg_objectAtIndex:)];
        [LGRuntimeTool lg_methodSwizzlingWithClass:objc_getClass("__NSArrayI") oriSEL:@selector(objectAtIndexedSubscript:) swizzledSEL:@selector(lg_objectAtIndexedSubscript:)];
    });

}

那么在日常的开发中，经常出现继承关系，而在这个继承关系中，经常出现子类继承父类的方法，那么在子类中交换继承自父类的方法会出现什么情况呢？如下代码：

// 父类
@interface LGPerson : NSObject
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end

#import "LGPerson.h"

@implementation LGPerson
- (void)personInstanceMethod{
    NSLog(@"person对象方法:%s",__func__);
}
+ (void)personClassMethod{
    NSLog(@"person类方法:%s",__func__);
}
@end

// 子类
@interface LGStudent : LGPerson

@end

#import "LGStudent.h"

@implementation LGStudent

@end

上面代码中LGStudent继承自LGPerson，而LGPerson中实现了personInstanceMethod和personClassMethod两个方法，

在子类LGStudent中，对personInstanceMethod方法进行方法交换，如下：

@implementation LGStudent (LG)

+ (void)load{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        [LGRuntimeTool lg_methodSwizzlingWithClass:self oriSEL:@selector(personInstanceMethod) swizzledSEL:@selector(lg_studentInstanceMethod)];
    });
}

- (void)lg_studentInstanceMethod{
    [self lg_studentInstanceMethod];
    NSLog(@"LGStudent分类添加的lg对象方法:%s",__func__);
}

@end

+ (void)lg_methodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"传入的交换类不能为空");

    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
    method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
}

这样的方法交换，在我们调用LGStudent的时候，完美的实现了方法互换，那么在我们调用父类LGPerson时，会有什么问题呢？调用如下：

    LGStudent *s = [[LGStudent alloc] init];
    [s personInstanceMethod];
    
    LGPerson *p = [[LGPerson alloc] init];
    [p personInstanceMethod];

结果如下：

在运行结果中看到，在父类调用personInstanceMethod时，出现了父类调用lg_studentInstanceMethod，而父类本身没有这个方法，所以就崩溃了。

那么，子类在交换继承自父类而自己本身没有重写的方法时，应该怎么做呢 ？

其实，我们可以在方法交换的时候做一个判断，先尝试添加一个方法，

+ (void)lg_betterMethodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"传入的交换类不能为空");
    // oriSEL       personInstanceMethod
    // swizzledSEL  lg_studentInstanceMethod
    
    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
   
    // 尝试添加
    // ✅ 首先第一步:会先尝试给自己添加要交换的方法 :personInstanceMethod (SEL) -> swiMethod(IMP)
    BOOL success = class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));

    /**
     personInstanceMethod(sel) - lg_studentInstanceMethod(imp)
     lg_studentInstanceMethod (swizzledSEL) - personInstanceMethod(imp)
     */

    //oriSEL:personInstanceMethod
    if (success) {// 自己没有 - 交换 - 没有父类进行处理 (重写一个)
        // ✅ 然后再将父类的IMP给swizzle  personInstanceMethod(imp) -> swizzledSEL
        class_replaceMethod(cls, swizzledSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
    }else{ // 自己有
        method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
    }

}

这样就可以完美的对子类的方法进行交换了，调用结果如下，

那么，还有一个问题，假如某人交换了只有声明并没有实现的方法，上面的方式就会出现死循环，因为根本没有父类方法的IMP，所以，还要对其进行改造。

代码如下：

+ (void)lg_bestMethodSwizzlingWithClass:(Class)cls oriSEL:(SEL)oriSEL swizzledSEL:(SEL)swizzledSEL{
    
    if (!cls) NSLog(@"传入的交换类不能为空");
    
    Method oriMethod = class_getInstanceMethod(cls, oriSEL);
    Method swiMethod = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSEL);
    
    if (!oriMethod) {
        // 在oriMethod为nil时，替换后将swizzledSEL复制一个不做任何事的空实现,代码如下:
        class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));
        method_setImplementation(swiMethod, imp_implementationWithBlock(^(id self, SEL _cmd){ }));
    }
    
    // 一般交换方法: 交换自己有的方法 -- 走下面 因为自己有意味添加方法失败
    // 交换自己没有实现的方法:
    //   首先第一步:会先尝试给自己添加要交换的方法 :personInstanceMethod (SEL) -> swiMethod(IMP)
    //   然后再将父类的IMP给swizzle  personInstanceMethod(imp) -> swizzledSEL
    //oriSEL:personInstanceMethod

    BOOL didAddMethod = class_addMethod(cls, oriSEL, method_getImplementation(swiMethod), method_getTypeEncoding(swiMethod));
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(cls, swizzledSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
    }else{
        method_exchangeImplementations(oriMethod, swiMethod);
    }
    
}

在方法交换的时候，先对被交换方法进行判断，判断这个方法是否实现，当方法未实现时，我们手动添加一个空的方法实现，在这个空的方法实现中，我们可以做一些上传等操作，来记录收集crash。

9. 内存偏移问题

• 如下代码，能否正常运行？

@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy)NSString *name;
@property (nonatomic, copy)NSString *subject;
@property (nonatomic)int age;

- (void)saySomething;
@end

@implementation LGPerson
- (void)saySomething{
    NSLog(@"NB %s ",__func__);
}

@end

#import "ViewController.h"
#import 
#import "LGPerson.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    // NSString *tem = @"KC";
    id pcls = [LGPerson class];
    void *pp= &pcls;
    [(__bridge id)pp saySomething];
    
    // p -> LGPerson 实例对象
    LGPerson *p = [LGPerson alloc];
    [p saySomething];
}

运行打印结果如下，那么为什么会这样呢？

首先，指针p指向的是LGPerson的实例对象的存储空间，而指针pcls指向的是LGPerson类对象的存储空间。pp指向的是指针pcls的空间，而实例对象中的isa也指向指针pcls，所以pp能够正常调用saySomething方法

• 对saySomething方法进行修改，如下，并打印self.name。

- (void)saySomething{
    NSLog(@"NB %s - %@",__func__,self.name);
}

通过调试，打印结果如下：

那么为什么会打印呢，接下来我们把上面的// NSString *tem = @"KC"注释打开，再来看一下，这一次打印的是KC。

那么为什么会这样呢？

因为栈的内存是连续的，而我们的属性的读取是通过指针偏移来读取的，而压栈的示意如下：

上图中pp指向的是isa，在通过指针偏移读取self.name时，刚好读取到了tem，所以打印了KC，所以当没有打开注释时，打印的是ViewController

接着在saySomething中打印subject，打印出的是ViewController

那么我们接着再添加属性

@property (nonatomic)NSString *age;

打印的话，就会出现野指针报错

或者将age的类型改成int，也会因为读取不到内存，而报错。