iOS-底层原理:经典面试题案例分析

面试题一: 类在内存中存储了几份?

答案是一份

解析:

可以通过不同的方式来获取同一个类

Class class1 = [LBHPerson class];
Class class2 = [LBHPerson alloc].class;
Class class3 = object_getClass([LBHPerson alloc]);
NSLog(@"\n%p-\n%p-\n%p", class1, class2, class3);

//输出结果
0x10063ac18-
0x10063ac18-
0x10063ac18

面试题二: 元类 中为什么会有 类对象 的 类方法?

在iOS-底层原理8:类 & 类结构分析中的探索中,我们知道了实例方法 存储在中,类方法存储在元类

为了探索我们的面试题现象,定义了以下几个方法,来探索方法的归属问题

step1: 定义一个LBHPerson类并定义一个实例方法和一个类方法

//.h 
@interface LBHPerson : NSObject

- (void)instanceMethod;
+ (void)classMethod;

@end

//.m
@implementation LBHPerson

- (void)instanceMethod
{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)classMethod
{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

@end

step2:main函数中定义几个函数

2.1: lgInstanceMethod_classToMetaclass 函数:用于获取类的实例方法

void lgInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(instanceMethod));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(instanceMethod));

    Method method3 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(classMethod));
    Method method4 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(classMethod));
    
    NSLog(@"%s - %p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

2.2: lgClassMethod_classToMetaclass 函数:用于获取类的类方法

void lgClassMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getClassMethod(pClass, @selector(instanceMethod));
    Method method2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(instanceMethod));
    // - (void)sayHello;
    // + (void)sayHappy;
    Method method3 = class_getClassMethod(pClass, @selector(classMethod));
    Method method4 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(classMethod));
    
    NSLog(@"%s-%p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

2.3: lgIMP_classToMetaclass 函数:用于获取方法的实现

void lgIMP_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);

    // - (void)sayHello;
    // + (void)sayHappy;
    IMP imp1 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(instanceMethod));
    IMP imp2 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(instanceMethod));

    IMP imp3 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(classMethod));
    IMP imp4 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(classMethod));

    NSLog(@"%p-%p-%p-%p",imp1,imp2,imp3,imp4);
}

2.4: lgObjc_copyMethodList 函数:用于获取类的方法列表

void lgObjc_copyMethodList(Class pClass){
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(pClass, &count);
    for (unsigned int i=0; i < count; i++) {
        Method const method = methods[i];
        //获取方法名
        NSString *key = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        LGLog(@"Method, name: %@", key);
    }
    free(methods);
}

2.5: main函数中调用

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        LBHPerson *person = [LBHPerson alloc];
        Class pClass     = object_getClass(person);
        lgObjc_copyMethodList(pClass);

        lgInstanceMethod_classToMetaclass(pClass);
        lgClassMethod_classToMetaclass(pClass);
        lgIMP_classToMetaclass(pClass);

    }
    return 0;
}

运行结果

Method, name: instanceMethod
lgInstanceMethod_classToMetaclass - 0x10fa6eae0-0x0-0x0-0x10fa6ea78
lgClassMethod_classToMetaclass-0x0-0x0-0x10fa6ea78-0x10fa6ea78
0x10fa69240-0x7fff201b0ac0-0x7fff201b0ac0-0x10fa69270

对上面的函数进行分析

lgInstanceMethod_classToMetaclass 函数分析

这个函数是获取LBHPerson类LBHPerson元类的实例方法,其中关键函数是class_getInstanceMethod,我们看下苹果官方是如何定义该函数的:

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第1张图片

其大致含义就是:如果在传入的类或者类的父类中没有找到指定的实例方法,则返回NULL

代码中形参pclass 对应的实参是类LBHPerson,通过objc_getMetaClass获取的LBHPerson的元类元类LBHPerson,函数中4个打印结果分别是:

  • method1 地址:0x10fa6eae0

    * 传入的pClassLBHPerson类,需要去获取selName = instanceMethod的实例方法,首先在LBHPerson中查找,在LBHPerson类中是有这个实例方法的,所以会返回查找到的实例方法,所以method1的地址不为0x0

  • method2 地址:0x0
    * 传入的metaClassLBHPerson元类,需要去获取selName = instanceMethod的实例方法,其查找的顺序为元类 --> 根元类 --> 根类 --> nil,直到最后也没有找到,所以class_getInstanceMethod返回NULL,其method2的地址为0x0,表示未找到。

  • method3 地址:0x0
    * 传入的pClassLBHPerson类,需要去获取selName = classMethod的实例方法,查找顺序为LBHPerson类 --> 根类 --> nil,也没有找到classMethod实例方法,返回NULL,所以method3的地址为0x0,表示未找到。

  • method4 地址:0x10fa6ea78
    * 传入的metaClassLBHPerson元类,需要去获取selName = classMethod的实例方法,首先在LBHPerson元类中查找,发现有classMethod的实例方法,主要是因为类对象类方法存储在元类中,类对象类方法元类的实例方法,然后返回查找到的实例方法,所以method4的地址为0x10fa6ea78,表示找到了指定的实例方法。

lgClassMethod_classToMetaclass 函数分析

这个函数是获取LBHPerson类LBHPerson元类的类方法,其中关键函数是class_getClassMethod,我们看下苹果官方是如何定义该方法的:

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第2张图片

其大致含义就是:如果在传入的类或者类的父类中没有找到指定的类方法,则返回NULL

class_getClassMethod的实现是获取类方法,其本质就是获取元类实例方法,最终还是会走到class_getInstanceMethod,但是在这里需要注意的一点是:在getMeta源码中,如果判断出cls是元类,那么就不会再继续往下递归查找,会直接返回this,其目的是为了防止元类的无限递归查找

//获取类方法
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

⬇️
//获取元类
 // NOT identical to this->ISA when this is a metaclass 判断是否是元类,是元类就直接返回,反之,继续找isa指向
Class getMeta() {
    if (isMetaClass()) return (Class)this;
    else return this->ISA();
}

源码流程如图:

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第3张图片

对该函数的打印结果有以下分析:

  • method1 地址:0x0
    * 传入的pClassLBHPerson类,需要去获取selName = instanceMethod类方法,首先判断 LBHPerson类 是否是元类,如果不是,返回LBHPerson的元类,然后在元类中查找 instanceMethod实例方法,并没有找到,然后去它的父类中查找,查找顺序如下:元类 --> 根元类 --> 根类 --> nil,最后返回NULL

  • method2 地址:0x0
    * 传入的metaClassLBHPerson元类,需要去获取selName = instanceMethod类方法,首先判断 LBHPerson类 是否是元类,此时,直接返回元类,然后在元类中查找 instanceMethod实例方法,并没有找到,然后去它的父类中查找,查找顺序如下:元类 --> 根元类 --> 根类 --> nil,最后返回NULL

  • method3 地址:0x10fa6ea78
    * 传入的pClassLBHPerson类,需要去获取selName = classMethod类方法,首先判断 LBHPerson类 是否是元类,如果不是,返回LBHPerson的元类,然后在元类中查找 classMethod实例方法,发现有这个实例方法,直接返回找到的实例方法。

  • method4 地址:0x10fa6ea78
    * 传入的metaClassLBHPerson元类,需要去获取selName = classMethod类方法,首先判断 LBHPerson类 是否是元类,此时,直接返回元类,然后在元类中查找 classMethod实例方法,发现有这个实例方法,直接返回找到的实例方法。

lgIMP_classToMetaclass函数分析

这个函数主要是获取LBHPerson类LBHPerson元类的方法实现,关键函数class_getMethodImplementation, 我们看下苹果官方是如何定义该方法的:

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第4张图片

其大致含义就是:该函数在向类实例发送消息时会被调用,并返回一个指向方法实现函数的指针。这个函数会比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函数指针可能是一个指向runtime内部的函数,而不一定是方法的实际实现。如果类实例无法响应selector,则返回的函数指针将是运行时消息转发机制的一部分

来看下它的源码实现

IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    //查找方法实现
    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    //如果没有找到,则进行消息转发
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}

分析这个函数中的4个打印结果

  • imp1 函数指针地址:0x10fa69240
    * pClassLBHPerson类selinstanceMethod,根据LBHPerson文件,可以得出·LBHPerson类中可以查找到instanceMethod的具体实现,所以返回一个imp函数指针地址

  • imp2 函数指针地址:0x7fff201b0ac0
    * metaClassLBHPerson元类selinstanceMethod,根据类方法存储在元类中可知,instanceMethod是一个实例方法,并不存储在元类中,也没有其任何实现,所以进行了消息转发

  • imp3 函数指针地址:0x7fff201b0ac0
    * pClassLBHPerson类selclassMethod,根据LBHPerson文件,classMethod是一个类方法,并不存储在中,也没有其任何实现,所以进行了消息转发

  • imp4 函数指针地址:0x10fa69270
    * metaClassLBHPerson元类selclassMethodclassMethod是一个类方法,存储在元类中,返回一个imp函数指针地址

lgObjc_copyMethodList 函数分析

这个函数主要是获取LBHPerson类的方法列表,关键函数class_copyMethodList,我们看下苹果官方是如何定义该方法的:

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第5张图片

其大致含义:获取实例方法的指针数组,如果cls没有实现实例方法,或者cls为Nil,则返回NULL

总结

  • class_getInstanceMethod:获取实例方法,如果指定类找不到对应的方法,则从父类查找直到根类,如果没有则返回NULL。
  • class_getClassMethod:获取类方法,如果指定类找不到对应的方法,则从父类查找直到根类,如果没有则返回NULL。
  • class_getMethodImplementation:获取方法的具体实现,如果未查找到,则进行消息转发

面试题三:iskindOfClass & isMemberOfClass 的理解

先看个案例

iskindOfClass & isMemberOfClass 类方法调用

//-----使用 iskindOfClass & isMemberOfClass 类方法
BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL re3 = [(id)[LBHPerson class] isKindOfClass:[LBHPerson class]];
BOOL re4 = [(id)[LBHPerson class] isMemberOfClass:[LBHPerson class]];
NSLog(@" re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);

//------iskindOfClass & isMemberOfClass 实例方法
BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL re7 = [(id)[LBHPerson alloc] isKindOfClass:[LBHPerson class]];
BOOL re8 = [(id)[LBHPerson alloc] isMemberOfClass:[LBHPerson class]];
NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);

打印结果:

re1 :1
re2 :0
re3 :0
re4 :0
re5 :1
re6 :1
re7 :1
re8 :1

为什么会是这样?

源码分析

isKindOfClass源码解析 (类方法+实例方法)

//+ isKindOfClass:第一次比较是 获取类的元类 与 传入类对比,再次之后的对比是获取上次结果的父类 与 传入 类进行对比
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    // 获取类的元类 vs 传入类
    // 根元类 vs 传入类
    // 根类 vs 传入类
    // 举例:LBHPerson vs 元类 (根元类) (NSObject)
    for (Class tcls = self->ISA(); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

//- isKindOfClass:第一次是获取对象类 与 传入类对比,如果不相等,后续对比是继续获取上次 类的父类 与传入类进行对比
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
/*
获取对象的类 vs 传入的类 
父类 vs 传入的类
根类 vs 传入的类
nil vs 传入的类
*/
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

isMemberOfClass 源码解析(实例方法 + 类方法)

//-----类方法
//+ isMemberOfClass : 获取类的元类,与 传入类对比
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return self->ISA() == cls;
}
//-----实例方法
//- isMemberOfClass : 获取对象的类,与 传入类对比
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}
源码分析总结

isKindOfClass

类方法类的isa指向 即元类 --> 根元类(父类) --> 根类(父类) --> nil(父类)传入类的对比
实例方法对象的isa指向 即类 --> 父类 --> 根类 --> nil传入类的对比

isMemberOfClass

类方法类的isa指向 即元类传入类 对比
实例方法对象的isa指向 即类传入类 对比

在断点调试时,isMemberOfClass类方法实例方法的流程是正常的,会走到上面分析的源码,但是isKindOfClass根本不会走到上面分析的源码中,为什么会这样?

通过xcode工具栏 选择 Debug --> Debug Workflow --> Always Show Disassembly调试进入汇编代码可以发现isKindOfClass类方法实例方法都是走到objc_opt_isKindOfClass方法源码中

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第6张图片

objc_opt_isKindOfClass源码

// Calls [obj isKindOfClass]
BOOL
objc_opt_isKindOfClass(id obj, Class otherClass)
{
#if __OBJC2__
    if (slowpath(!obj)) return NO;
    //获取isa,
    //如果obj 是对象,则isa是类,
    //如果obj是类,则isa是元类
    Class cls = obj->getIsa(); 
    if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
        // 如果obj 是对象,则在类的继承链进行对比,
        // 如果obj是类,则在元类的isa中进行对比
        for (Class tcls = cls; tcls; tcls = tcls->superclass) { 
            if (tcls == otherClass) return YES;
        }
        return NO;
    }
#endif
    return ((BOOL(*)(id, SEL, Class))objc_msgSend)(obj, @selector(isKindOfClass:), otherClass);
}

为什么会这样呢?主要是因为在llvm中编译时对其进行了优化处理

调用objc_opt_isKindOfClass实际走的逻辑如图所示

iOS-底层原理:经典面试题案例分析_第7张图片
案例结果解析
  • [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]]
传入类 比较类 结果
NSObject 根类 NSObject 根类元类根元类 不相等
NSObject 根类 通过继承链查找比较类NSObject 根元类父类NSObject根类 相等
  • [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]]
传入类 比较类 结果
NSObject 根类 NSObject 根类元类根元类 不相等
  • [(id)[LBHPerson class] isKindOfClass:[LBHPerson class]]
传入类 比较类 结果
LBHPerson 类 LBHPerson 类元类LBHPerson 元类 不相等
LBHPerson 类 通过继承链查找比较类LBHPerson 元类父类NSObject根元类 不相等
LBHPerson 类 NSObject根元类的父类是NSObject根类 不相等
LBHPerson 类 NSObject根类的父类是nil 不相等
  • [(id)[LBHPerson class] isMemberOfClass:[LBHPerson class]]
传入类 比较类 结果
LBHPerson 类 LBHPerson 类元类LBHPerson 元类 不相等
  • [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]
传入类 比较对象 结果
NSObject 根类 NSObject 对象isa指向,即NSObject 根类 相等
  • [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]
传入类 比较对象 结果
NSObject 根类 NSObject 对象isa指向,即NSObject 根类 相等
  • [(id)[LBHPerson alloc] isKindOfClass:[LBHPerson class]]
传入类 比较对象 结果
LBHPerson 类 LBHPerson 对象isa指向,即LBHPerson 类 相等
  • [(id)[LBHPerson alloc] isMemberOfClass:[LBHPerson class]]
传入类 比较对象 结果
LBHPerson 类 LBHPerson 对象isa指向,即LBHPerson 类 相等

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