前言:
最近看到大佬汇集的iOS面试题，个人感觉还不错,打算试着探索一下这些问题的答案,也巩固一下我自己基础知识。这篇文章先总结一下基础知识的答案吧。其中有些错误或不全的地方望指教。
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iOS 基础题
1:分类和扩展有什么区别？可以分别用来做什么？分类有哪些局限性？分类的结构体里面有哪些成员？
分类和扩展的作用
1:category的主要作用是为已经存在的类添加方法
下面也有其他作用可以了解下:
2:可以把类的实现分开在几个不同的文件里面,
(可以减少单个文件的体积
可以把不同的功能组织到不同的category里
可以由多个开发者共同完成一个类
可以按需加载想要的category)
3:模拟多继承
4:把framework的私有方法公开
扩展的作用:为一个类添加额外的原来没有变量，方法和属性
类别与类扩展的区别
1:extension在编译期决定，它就是类的一部分，
在编译期和头文件里的@interface以及实现文件里的@implement一起形成一个完整的类，
它伴随类的产生而产生，亦随之一起消亡。
extension一般用来隐藏类的私有信息，
你必须有一个类的源码才能为一个类添加extension，所以你无法为系统的类比如NSString添加extension
但是category则完全不一样，它是在运行时候决定的.
类扩展是在编译阶段被添加到类中，而类别是在运行时添加到类中。
extension可以添加实例变量，而category是无法添加实例变量的
2:类扩展中声明的方法没被实现，编译器会报警，但是类别中的方法没被实现编译器是不会有任何警告的。
分类局限性
(1)无法向类中添加新的实例变量。
(2)名称冲突，即当类别中的方法与原始类方法名称冲突时，类别具有更高的优先级。
(3)如果多个分类中都有和原有类中同名的方法, 那么调用该方法的时候执行谁由编译器决定；编译器会执行最后一个参与编译的分类中的方法
在runtime层，category用结构体category_t
typedef struct category_t {
const char *name;
classref_t cls;
struct method_list_t *instanceMethods;
struct method_list_t *classMethods;
struct protocol_list_t *protocols;
struct property_list_t *instanceProperties;
} category_t;
从源码中我们可以看出分类结构体成员:
1)类的名字（name）
2)类（cls）
3)category中所有给类添加的实例方法的列表（instanceMethods）
4)category中所有添加的类方法的列表（classMethods）
5)category实现的所有协议的列表（protocols）
6)category中添加的所有属性（instanceProperties）
参考链接:
分类和扩展说明参考
美团关于分类的源码解析说明
官方分类源码地址
2:atomic的实现机制；为什么不能保证绝对的线程安全
这个问题我觉得看这个就够了stackoverflow关于atomic和nonatomic的一个问题
当然也可以看别人根据stackoverflow这个问题总结好的中文说明
简单来说:atomic 会加一个锁来保障线程安全，也就是保证了读写操作是安全的，并且引用计数会 +1，来向调用者保证这个对象会一直存在.
但是不能保证线程安全,比如当线程A setter操作时，这时B线程的setter操作会等待。当A线程的setter结束后，B线程进行setter操作，
然后当A线程需要getter操作时，却有可能获得了在B线程中的值，这就破坏了线程安全
3:哪些场景可以触发离屏渲染？
首先我们要知道什么是离屏渲染:
离屏渲染Off-Screen Rendering 指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。
离屏渲染会先在屏幕外创建新缓冲区，离屏渲染结束后，再从离屏切到当前屏幕
还有另外一种屏幕渲染方式-当前屏幕渲染On-Screen Rendering ，
指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。
以下方式会触发离屏幕渲染
1:使用系统提供的圆角效果也会触发离屏渲染.(masksToBounds = true&&cornerRadius>0才会引发离屏渲染)
2:重写drawRect
3:layer.shadow（Shawdow 可以通过指定路径来取消离屏渲染）
4:layer.mask(Mask 效果无法取消离屏渲染，使用混合图层的方法来模拟 mask 效果，性能各方面都是和无效果持平。)
5:layer.allowsGroupOpacity（GroupOpacity 是指 CALayer 的allowsGroupOpacity属性，UIView 的alpha属性等同于 CALayer opacity属性，
开启离屏渲染的条件是：layer.opacity != 1.0并且有子 layer 或者背景图。）
layer.allowsEdgeAntialiasing（该属性用于消除锯齿，离屏渲染条件旋转视图并且设置layer.allowsEdgeAntialiasing = true)
6:layer.shouldRasterize(光栅化会触发离屏渲染,开启 Rasterization=true 后，GPU 只合成一次内容，然后复用合成的结果；合成的内容超过 100ms 没有使用会从缓存里移除，在更新内容时还会产生更多的离屏渲染。对于内容不发生变化的视图，原本拖后腿的离屏渲染就成为了助力)
参考:
离屏渲染优化详解
Instruments性能优化-Core Animation
绘制像素到屏幕上
界面流畅性优化
4:被weak修饰的对象在被释放的时候会发生什么？是如何实现的？知道sideTable么？里面的结构可以画出来么？
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.
objc_clear_deallocating该函数的动作如下：
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
SideTable 这个结构体主要用于管理对象的引用计数和 weak 表。在 NSObject.mm 中声明其数据结构:
struct SideTable {
spinlock_t slock;//保证原子操作的自旋锁
RefcountMap refcnts;//引用计数的 hash 表
weak_table_t weak_table;//weak 引用全局 hash 表
SideTable() {
memset(&weak_table, 0, sizeof(weak_table));
}
~SideTable() {
_objc_fatal("Do not delete SideTable.");
}
void lock() { slock.lock(); }
void unlock() { slock.unlock(); }
void forceReset() { slock.forceReset(); }
// Address-ordered lock discipline for a pair of side tables.
template
static void lockTwo(SideTable *lock1, SideTable *lock2);
template
static void unlockTwo(SideTable *lock1, SideTable *lock2);
};
参考:
objc-weak.mm源码
weak 弱引用的实现方式
iOS 底层解析weak的实现原理
5:KVO的底层实现？如何取消系统默认的KVO并手动触发（给KVO的触发设定条件：改变的值符合某个条件时再触发KVO)?
当你观察一个对象时，一个新的类会被动态创建。这个类继承自该对象的原本的类，并重写了被观察属性的 setter 方法。重写的 setter 方法会负责在调用原 setter 方法之前和之后，通知所有观察对象：值的更改。最后通过 isa 混写（isa-swizzling） 把这个对象的 isa 指针 ( isa 指针告诉 Runtime 系统这个对象的类是什么 ) 指向这个新创建的子类，
对象就神奇的变成了新创建的子类的实例
关闭默认的KVO重写方法
+(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
return NO;
}//如果返回NO，KVO无法自动运作，需手动触发
键值观察通知依赖于 NSObject 的两个方法: willChangeValueForKey: 和 didChangevlueForKey 。
在一个被观察属性发生改变之前， willChangeValueForKey: 一定会被调用，这就 会记录旧的值。而当改变发生后，
observeValueForKey:ofObject:change:context: 会被调用，
并且 didChangeValueForKey: 也会被调用。如果可以手动实现这些调用，就可以实现手动触发.
参考:
如何自己动手实现 KVO
apple用什么方式实现对一个对象的KVO
6:一个int变量被__block修饰与否的区别？
Block不允许修改外部变量的值，这里所说的外部变量的值，指的是栈中指针的内存地址。
__block 所起到的作用就是只要观察到该变量被 block 所持有。
__block 后，实际上成为了一个结构体，block内截获了 该结构体的指针。
在block中使用自动变量时，使用的是 指针指向的结构体中的 自动变量。
ARC环境下，会被copy到堆上。(ARC环境下，一旦Block赋值就会触发copy，__block就会copy到堆上，Block也是__NSMallocBlock。
ARC环境下也是存在__NSStackBlock的时候，这种情况下，__block就在栈上。)
MRC环境下，只有copy，__block才会被复制到堆上，否则，__block一直都在栈上。
测试，其实最好的方法是动手测试，这边我只测试了ARC环境下的。我在.main.m的测试代码如下:
__block int a1 = 1;
int a2 = 1;
NSLog(@"__block定义前a1：%p", &a1);
NSLog(@"__block定义前a2：%p", &a2);;
void (^foo)(void) = ^{
a1 = 2;
NSLog(@"block内部a1：%p", &a1);
NSLog(@"block内部a2：%p", &a2);
};
NSLog(@"重新定义后a1：%p", &a1);
NSLog(@"重新定义后a2：%p", &a2);
NSLog(@"foo =%@",foo);
foo();
——---------------------- 输出结果如下：-------------------------------
__block定义前a1：0x7fff53814128
__block定义前a2：0x7fff5381410c
重新定义后a1：0x60400003dd98
重新定义后a2：0x7fff5381410c
foo =<__NSMallocBlock__: 0x60c000244830>
block内部a1：0x60400003dd98
block内部a2：0x60400025dbd8
通知打印结果可以发现a1,a2blcok内部和定义前的地址字节数相差很大，堆地址要小于栈地址，又因为iOS中一个进程的栈区内存只有1M，Mac也只有8M，所以a1和a2在block内部都会被copy到堆上，只不过一个值的copy，一个是地址copy。
然后clang -rewrite-objc main.m查看一下源码，如果clang -rewrite-objc报错，可以像我一样尝试
xcrun -sdk iphonesimulator11.0 clang -rewrite-objc main.m
源码如下:
//加上__block 后，实际上成为了一个结构体，block内截获了 该结构体的指针
struct __Block_byref_a1_0 {
void *__isa;
__Block_byref_a1_0 *__forwarding;
int __flags;
int __size;
int a1;
};
struct __main_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __main_block_desc_0* Desc;
int a2;
////截获的结构体指针
__Block_byref_a1_0 *a1; // by ref
__main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int _a2, __Block_byref_a1_0 *_a1, int flags=0) : a2(_a2), a1(_a1->__forwarding) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself) {
//指针引用
__Block_byref_a1_0 *a1 = __cself->a1; // bound by ref
//a2只是单纯的值拷贝,。Block仅仅捕获了a2的值，并没有捕获a2的内存地址。
int a2 = __cself->a2; // bound by copy
(a1->__forwarding->a1) = 2;
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_dd_4kldckw11bv3zn6tgktzys440000gn_T_main_5a4382_mi_2, &(a1->__forwarding->a1));
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_dd_4kldckw11bv3zn6tgktzys440000gn_T_main_5a4382_mi_3, &a2);
}
static void __main_block_copy_0(struct __main_block_impl_0*dst, struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->a1, (void*)src->a1, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
static void __main_block_dispose_0(struct __main_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->a1, 8/*BLOCK_FIELD_IS_BYREF*/);}
从源码中可以看出:
带有 __block的变量也被转化成了一个结构体__Block_byref_i_0,很清楚看到了__block的引用过程。
而Block仅仅捕获了a2的值，并没有捕获a2的内存地址。所以在__main_block_func_0这个函数中即使我们重写这个自动变量a2的值,
也无法改变Block外面自动变量a2的值
参考:
iOS中__block 关键字的底层实现原理
深入研究Block捕获外部变量和__block实现原理
7:为什么在block外部使用__weak修饰的同时需要在内部使用__strong修饰
_weak是为了解决循环引用问题,(如果block和对象相互持有就会形成循环引用)
而__strong在Block内部修饰的对象,会保证,在使用这个对象在block内,
这个对象都不会被释放,strongSelf仅仅是个局部变量，存在栈中，会在block执行结束后回收，不会再造成循环引用。
__strong主要是用在多线程中,防止对象被提前释放。
参考:
iOS __weak和__strong在Block中的使用
题外话:
有时候我们经常也会被问到block为什么 常使用copy关键字？
官方中有如下一段话:
总结别人的话来说:
block 使用
copy是从 MRC遗留下来的“传统”,在 MRC 中,方法内部的 block 是在栈区的,使用 copy 可以把它放到堆区.在 ARC 中写不写都行：对于 block 使用 copy 还是 strong 效果是一样的，但写上 copy 也无伤大雅，还能时刻提醒我们：编译器自动对 block 进行了 copy 操作。
如果不写 copy ，该类的调用者有可能会忘记或者根本不知道“编译器会自动对 block 进行了 copy 操作”
8:讲一下对象，类对象，元类，跟元类结构体的组成以及他们是如何相关联的？为什么对象方法没有保存的对象结构体里，而是保存在类对象的结构体里.
对象isa指向类对象，类对象的isa指向元类。元类isa指向根元类。
根元类的isa指针指向自己，superclass指针指向NSObject类
实例对象结构体只有一个isa变量，指向实例对象所属的类。
类对象有isa,superclass,方法，属性，协议列表，以及成员变量的
描述。
所有的对象调用方法都是一样的，没有必要存在对象中，对象可以有
无数个，类对象就有一个所以只需存放在类对象中
可以从官方objc.h源码里面找到实例定义
/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
可以在runtime.h里面找到类对象的定义
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
//向该类所继承的父类对象
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
//成员变量列表
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法列表
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;//方法列表
//用于缓存调用过的方法
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
//协议链表用来存储声明遵守的正式协议
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}
参考:
iOS开发·runtime原理与实践: 基本知识篇
一个objc对象如何进行内存布局
9:iOS 中内省的几个方法？class方法和objc_getClass方法有什么区别?
题外话:原谅我看了这道面试题，第一次听说内省,才疏学浅，太菜了，只能好好搜索学习了一番。
内省是对象揭示自己作为一个运行时对象的详细信息的一种能力。包括对象在继承树上的位置，对象是否遵循特定的协议，以及是否可以响应特定的消息。NSObject协议和类定义了很多内省方法，用于查询运行时信息，以便根据对象的特征进行识别。
isKindOfClass:Class
检查对象是否是那个类或者其继承类实例化的对象
isMemberOfClass:Class
检查对象是否是那个类但不包括继承类而实例化的对象
respondToSelector:selector
检查对象是否包含这个方法
conformsToProtocol:protocol
检查对象是否符合协议，是否实现了协议中所有的必选方法。
object_getClass(obj)返回的是obj中的isa指针；
而[obj class]则分两种情况：
一:当obj为实例对象时，
[obj class]中class是实例方法：- (Class)class，
返回的obj对象中的isa指针，返回的是类对象；
二:当obj为类对象（包括元类和根类以及根元类）时，调用的是类方法：+ (Class)class，返回的结果为其本身
可以在ViewController通过简单代码验证一下
//currentClass现在是类对象
Class currentClass = [self class];
//都指向实例对象isa指定的类对象
NSLog(@"currentClass = %p getClass=%p",currentClass ,object_getClass(self));
//class指向类对象本身 getClass指向类对象isa指向元类
NSLog(@"currentClass = %p getClass=%p",[currentClass class],object_getClass(currentClass));
const char *getClassName = object_getClassName(currentClass);
//实例对象指向类，类执行元类，元类指向根元类，根元类指向自己
for (int i = 1; i < 5; i++) {
NSLog(@"Following the isa pointer %d times gives %p %@---%s", i, currentClass,currentClass,getClassName);
currentClass = object_getClass(currentClass);
getClassName = object_getClassName(currentClass);
}
输出结果如下:
currentClass = 0x10ab29198 getClass=0x10ab29198
currentClass = 0x10ab29198 getClass=0x10ab291c0
Following the isa pointer 1 times gives 0x10ab29198 ViewController---ViewController
Following the isa pointer 2 times gives 0x10ab291c0 ViewController---NSObject
Following the isa pointer 3 times gives 0x10b819e58 NSObject---NSObject
Following the isa pointer 4 times gives 0x10b819e58 NSObject---NSObject
参考
Objective-C的内省(Introspection)小结
10:RunLoop的作用是什么？它的内部工作机制了解么？（最好结合线程和内存管理来说）
这一块平时用的比较少，了解不是很多。其有时间真的好好静下心来看一下相关东西了。
字面意思是“消息循环、运行循环”，runloop内部实际上就是一个do-while循环，它在循环监听着各种事件源、消息，对他们进行管理并分发给线程来执行。
线程和 RunLoop 之间是一一对应的。
运行机制从官方文档说明
翻译过来如下:
1.通知观察者将要进入运行循环。
2.通知观察者将要处理计时器。
3.通知观察者任何非基于端口的输入源即将触发。
4.触发任何准备触发的基于非端口的输入源。
5.如果基于端口的输入源准备就绪并等待触发，请立即处理该事件。转到第9步。
6.通知观察者线程即将睡眠。
7.将线程置于睡眠状态，直到发生以下事件之一:
- 事件到达基于端口的输入源。
- 计时器运行。
- 为运行循环设置的超时值到期。
- 运行循环被明确唤醒。
8.通知观察者线程被唤醒。
9.处理待处理事件。
- 如果触发了用户定义的计时器，则处理计时器事件并重新启动循环。转到第2步。
- 如果输入源被触发，则传递事件。
- 如果运行循环被明确唤醒但尚未超时，请重新启动循环。转到第2步。
10.通知观察者运行循环已退出。
这里借用一下这里的图片
RunLoop_1.png
参考
深入理解RunLoop
关于Runloop的原理探究及基本使用
11:谈谈消息转发机制实现
先会调用
objc_msgSend方法，首先在Class中的缓存查找IMP，没有缓存则初始化缓存。如果没有找到，则向父类的Class查找。如果一直查找到根类仍旧没有实现，则执行消息转发。
1、调用resolveInstanceMethod：方法。允许用户在此时为该Class动态添加实现。如果有实现了，则调用并返回YES，重新开始objc_msgSend流程。这次对象会响应这个选择器，一般是因为它已经调用过了class_addMethod。如果仍没有实现，继续下面的动作。
2、调用forwardingTargetForSelector:方法，尝试找到一个能响应该消息的对象。如果获取到，则直接把消息转发给它，返回非nil对象。否则返回nil，继续下面的动作。注意这里不要返回self，否则会形成死循环。
3、调用methodSignatureForSelector:方法，尝试获得一个方法签名。如果获取不到，则直接调用doesNotRecognizeSelector抛出异常。如果能获取，则返回非nil;传给一个NSInvocation并传给forwardInvocation：。
4、调用forwardInvocation:方法，将第三步获取到的方法签名包装成Invocation传入，如何处理就在这里面了，并返回非nil。
5、调用doesNotRecognizeSelector：，默认的实现是抛出异常。如果第三步没能获得一个方法签名，执行该步骤 。
参考:
Objective-C 消息发送与转发机制原理
深入浅出理解消息的传递和转发机制
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