2020年iOS面试总结

絮：2020年到来了，随着疫情的到来，我也失业了。一边忙着抵抗病毒，一边还得继续准备面试。又该准备“造火箭”了，去了继续“拧螺丝”，下面是自己最近的一些总结，也会在后面的面试中，遇到的面试问题，也一并记录一下。

如有编写有问题，可以留言。不可避免的有错别字，望见谅！
如果您也是个面试者，碰到面问题，可以留言、私信交流一下。

如果你还想看其他面试题，可以移步到2017年面试题

1. ARC帮我们做了什么？

• 使用LLVM + Runtime 结合帮我管理对象的生命周期
• LLVM 帮我们在代码合适的地方添加release、retarn、autorelease等添加计数器或者减少计数器操作
• Runtime 帮我们像__weak、copy等关键字的操作

2.initialize和load是如何调用的？它们会多次调用吗？

• load方法说在应用加载的时候，Runtime直接拿到load的IMP直接去调用的，而不是像其他方式根据objc_msgSend(消息机制)来调用方法的
  • load方法调用的顺序是根据类的加载的前后进行调用的，但是每个类调用的顺序是superclass->class->category顺序调用的，每个load方法只会调用一次(手动调用不算)
  • 一下为Runtime源码的主要代码

  
  load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh) {
    // 准备class 和category
    prepare_load_methods((const headerType *)mh);
    // 调用load方法
    call_load_methods();
  }
  
  void prepare_load_methods(const headerType *mhdr) {
    classref_t *classlist = 
        _getObjc2NonlazyClassList(mhdr, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        schedule_class_load(remapClass(classlist[i]));
    }
    category_t **categorylist = _getObjc2NonlazyCategoryList(mhdr, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        category_t *cat = categorylist[i];
        add_category_to_loadable_list(cat);
    }
  }
  
  static void schedule_class_load(Class cls) {
    // 开始递归，加载superclass
    schedule_class_load(cls->superclass);
    add_class_to_loadable_list(cls);
  }
  
  void call_load_methods(void) {
    do {
        while (loadable_classes_used > 0) {
            call_class_loads();
        }
        more_categories = call_category_loads();
    } while (loadable_classes_used > 0  ||  more_categories);
  }
  
  static void call_class_loads(void) {
    // 在此add_class_to_loadable_list 里面准备了所有重写load的方法的类
    struct loadable_class *classes = loadable_classes;
    // Call all +loads for the detached list.
    for ( int i = 0; i < used; i++) {
        Class cls = classes[i].cls;
        // 获取到load 方法的imp
        load_method_t load_method = (load_method_t)classes[i].method;
        // 调用laod 方法
        (*load_method)(cls, SEL_load);
    }
  }
  
  static bool call_category_loads(void) {
    // 在prepare_load_methods 方法里面准备了所有重新load方法的category
    struct loadable_category *cats = loadable_categories;
    for (int i = 0; i < used; i++) {
        // 获取到catgegory
        Category cat = cats[i].cat;
        // 获取category 的load 方法的IMP实现
        load_method_t load_method = (load_method_t)cats[i].method;
        cls = _category_getClass(cat);
        if (cls  &&  cls->isLoadable()) {
            // 调用load方法
            (*load_method)(cls, SEL_load);
        }
    }
  }
  

  • initialize方法的调用其实和其他方法调用一样的，objc_msgSend(消息机制)来调用的。调用的数序是：没有初始话的superclass -> 实现initialize的categort 或者 实现了initialize的class，如果class没有实现initialize 方法，则会调用superclass的initialize,因为initialize的底层是使用了objc_msgSend
  • 看下Runtime底层调用_class_initialize的源码

    void _class_initialize(Class cls) {
      supercls = cls->superclass;
      if (supercls  &&  !supercls->isInitialized()) {
          // 又是个递归
          _class_initialize(supercls);
      }
      // 调用 initialize方法
      callInitialize(cls);
    }
    // objc_msgSend 调用 initialize 方法
    void callInitialize(Class cls) {
      // **注意：因为使用了objc_msgSend,有可能调用class的 initialize **
      objc_msgSend(cls, SEL_initialize);
    }
  

  总结:
  load方法一个类只会调用一次(除去手动调用)，而调用的数序是，从superclass -> class -> category,category里面的顺序是先编译，先调用
  initialize方法，一个类可能会调用多次，如果子类没有实现initialize方法，当第一次使用此类的时候，会调用superclass。而调用的顺序是，superclass -> 实现initialize的category 或者 实现了initialize方法(没有category实现initialize) 或者 superclass的initialize (没有子类和category实现initialize方法)

3.说下autoreleasepool

• 在MRC下，当对象调用autorerelease方法时候，会将对象加入到对象前面的哪一个autoreleasepool里面,并且当autoreleasepool作用域释放的时候，会对里面的所有的对象进行一次release操作。

  • autoreleasepool底层是使用了AutoreleasePoolPage对象来管理的，AutoreleasePoolPage是一个双向的链表,每个AutoreleasePoolPage都有4096个字节，除了用来存放内部的成员变量，剩下的控件都会用来存放autorelease对象的地址

    /// AutoreleasePoolPage 的简化的结构
    class AutoreleasePoolPage {
      magic_t const magic;
      // 下一次可以存储对象的地址
      id *next;
      pthread_t const thread;
      // 标识上一个page对象
      AutoreleasePoolPage * const parent;
      // 标识下一个page对昂
      AutoreleasePoolPage *child;
      uint32_t const depth;
      uint32_t hiwat;
    }
    

  • 当autoreleasepool开始的时候，会调用AutorelasePoolPage的push方法，会讲一个标识POOL_BOUNDARY添加到AutoreleasePoolPage对象里面，并且返回POOL_BOUNDARY的地址r1(暂且这样叫)
  • 当对像进行relase的时候，会将对象的地址添加到当前AutorelasePoolPage里面，依次添加。
  • 当autoreleasepool作用域结束的时候，会调用AutorelasePoolPage的pop(r1)方法(r1为当前aotoreleasepool开始的加入标识POOL_BOUNDARY的地址)，AutorelasePoolPage则会将里面保存的对象的从左后一个开始进行release操作，当碰到r1时候，标识当前那个autoreleasepool里面所有的对象都进行了一次release操作。

  @autoreleasepool {
    // 此处会调用
     void *ctxt = AutoreleasePoolPage::push();
    // 添加到最近的一个autoreleasepool中
    [[[NSObject alloc]init] autorelease];
    //移除作用域的时候调用
    AutoreleasePoolPage:pop(ctxt)
  }
  // autoreleasepool 作用域开始会调用AutoreleasePoolPage::push()
  static inline void *push() {
    id *dest;
    if (DebugPoolAllocation) {
      // 创建一个心的page对象
      dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
    } else {
      // 已经有了page对象，讲`pool_boundary`添加进去
      dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
    }
  }
  static inline id *autoreleaseFast(id obj)
  {
    // 获取正在使用的page对昂
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    // page还没有装满
    if (page && !page->full()) {
      return page->add(obj);
    } else if (page) {
      // 已经添加满了
      return autoreleaseFullPage(obj, page);
    } else {
      // 没有page对象，创建心的page对象
      return autoreleaseNoPage(obj);
    }
  }
  // 对象调用release 的简介源码
  id objc_object::rootAutorelease2() {
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
  }
  static inline id autorelease(id obj) {
    // 同样也是添加进去
    id *dest = autoreleaseFast(obj);
    return obj;
  }
  // page调用pop简介源码 *token 表示结束的标识
  static inline void pop(void *token) {
    AutoreleasePoolPage *page;
    id *stop;
    page = pageForPointer(token);
    stop = (id *)token;
    page->releaseUntil(stop);
  }
  // 释放对象的源码
  void releaseUntil(id *stop) {
    // next 标识当前page可以存储对象的下一个地址
    while (this->next != stop) {
      AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
      // 因为page是个双向链表，当page为空的时候，需要往上查找parent的page对象里面存储的睇相
      while (page->empty()) {
        page = page->parent;
        setHotPage(page);
      }
      id obj = *--page->next;
      if (obj != POOL_BOUNDARY) {// obj 不是刚开始传入的POOL_BOUNDARY及表示对象，所以需要调用一次操作
        objc_release(obj);
      }
    }
  }
  

  autoreleasepool.png

• autoreleasepool和runloop的关系

  • runloop里面会注册两个Observer来监听runloop的状态变化
    • 其中一个Observer监听的状态为kCFRunLoopEntry进入runloop的状态，则会调用AutoreleasePoolPage::push()方法
    • 另外中一个Observer监听的状态为kCFRunLoopBeforeWaiting、kCFRunLoopExit,即将休眠和退出当前的runloop。
      • 在kCFRunLoopBeforeWaiting的回掉里面会调用AutoreleasePoolPage::pop(ctxt)和AutoreleasePoolPage::(push)方法，释放上一个autoreleasepool里面添加的对象，并开启下一个autoreleasepool。
      • 在kCFRunLoopExit的Observer回掉里面会调用AutoreleasePoolPage::(push)释放autoreleasepool里面的对象

4.category属性是存储在那里？

• 我们都知道可以使用Runtime的objc_setAssociatedObject、objc_getAssociatedObject两个方法给category的属性重写get、set方法，而此属性的值是存储在那里呢？
• 其实此属性的值保存在一个AssociationsManager里面。
• 我们也是可以根据源码看一下

void _object_set_associative_reference(id object, void *key, id value, uintptr_t policy) {
   // 一下为精简的代码
    id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil;
    {
        AssociationsManager manager;
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        if (new_value) {
          ObjectAssociationMap *refs = new ObjectAssociationMap;
          associations[disguised_object] = refs;
          (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
        }
    }
}

AssociationsManager.png

5.category方法是如何添加的？

• 当我们给分类添加相同的方法的时候，会调用category里面的方法，而不是调用我们class里面的方法
• 当编译器编译的时候，编译器会将category编译成category_t这样的结构体，等类初始化的时候，会将分类的信息同步到class_rw_t里面,包含：method、property、protocol等，同步的时候会将category里面的信息添加到class的前面(而不是替换掉class里面的方法)，而方法调用的时候，而是遍历class_rw_t里面的方法，所以找到分类里面的IMP则返回。
  • 使用memmove,将类方法移动到后面
  • 使用memcpy,将分类的方法copy到前面
• 当多个分类有相同的方法的时候，调用的顺序是后编译先调用
  • 当类初始化同步category的时候，会使用while(i--)的倒序循环，将后编译的category添加到最前面。

category.png

6. OC 的消息机制

• 消息机制可以分为三个部分
  • 消息传递
    • 当我么调用方法的时候，方法的调用都会转化为objc_msgSend这样来传递。
    • 第一步会根据对象的isa指针找到所属的类(也就是类对象)
    • 第二步，会根据类对象里面的catch里面查找。catch是个散列表，是根据@selector(方法名)来获取对应的IMP，从而开始调用
    • 第三步，如果第二步没有找到，会继续查找到类对象里面的class_rw_t里面的methods(方法列表)，从而遍历，找到方法所属的IMP，如果查找到则会添加到catch表里面
    • 第四步，如果第三部也没有找到，会根据类对象里面的superclass指针，查找super的catch,如果也是没有查找，会继续查找到superclass里面的class_rw_t里面的methods(方法列表)，从而遍历，找到方法所属的IMP，如果查找到则会添加到catch表里面
    • 第五步，如果第四部还是没有查找到，此时会根据类的superclass,继续第四部操作
    • …………
    • 第六步。如果一直查找到基类都没有找到响应的方法，则会进入动态解析里面
  • 动态解析
    • 当消息传递，没有找到对应的IMP的时候，会进入的动态解析中
    • 此时会根据方法是类方法，还是实例方法分别调用+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel、+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
    • 我们可以实现这两个方法，使用Runtime的class_addMethod来添加对应的IMP
    • 如果添加后，返回true,没有添加则调用父类方法
    • 注意：其实返回true或者false,结果都是一样的，再次掉消息传递步骤
  • 消息转发
    • 如果我们没有实现动态解析方法，就会走到消息转发这里
    • 第一步，会调用-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，我们可以在这里，返回一个响应aSelector的对象。当返回不为nil时候，系统会继续再次走消息转发，继续查找对应的IMP
    • 第二步，如果第一步返回nil或者self(自己),此时系统会继续走这里-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector,需要返回aSelector的一个签名
    • 第三步，如果返回了签名，就会到这里-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation,相应的我们可以根据anInvocation,可以获取到参数、target、方法名等，再次操作的空间就很多了，看你需求喽。此时我们什么都不操作也是没问题的，
    • 注意：当我们是类方法的时候，其实我们可以将以上方法的-改为+，即可实现了类方法的转发

objc_msgSend.png

7.weak表是如何存储__weak指针的

• weak关键字，我们都知道，当对象销毁的时候，也会将指针赋值为nil，而weak的底层也是将指针和对象以键值对的形式存储在哈希表里面
• 当使用__weak修饰的时候，底层会调用id objc_storeWeak(id *location, id newObj)传递两个参数
  • 第一个参数为指针,第二个参数为所指向的对象
• 第二步，继续调用storeWeak(location, (objc_object *)newObj)
  • 第一个参数是指针，第二个参数是对象的地址
  • 再次方法里面会根据对象地址生成一个SideTables对象
• 第三步，调用id weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)
  • weak_table则为SideTables的一个属性，referent_id为对象，referrer_id则为那个弱引用的指针
  • 在此里面会根据对象地址和指针生成一个weak_entry_t
• 第四步，会继续调用static void weak_entry_insert(weak_table_t *weak_table, weak_entry_t *new_entry)
  • 重点：在此方法里面会根据对象 & weak_table->mask(表示weak表里面可以存储的大小减一，例如：表可以存储10个对象，那么mask就是9), 生成对应的index，如果index对应已经存储上对象，则会index++的方式找到未存储的对应，并将new_entry存储进去，储存在weak_table里的weak_entries属性里面
• 注意：当一个对象多个weak指针指向的时候，生成的也是一个entry，多个指针时保存在entry里面referrers属性里面
• 以下为简易的源码：

id
objc_storeWeak(id *location, id newObj)
{
    return storeWeak
        (location, (objc_object *)newObj);
}
static id 
storeWeak(id *location, objc_object *newObj) {
  // 根据对象生成新的SideTable
  SideTable *newTable = &SideTables()[newObj];
  newObj = (objc_object *)
  weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, (id)newObj, location,  crashIfDeallocating);
}
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;
  
  // 根据对象和指针生成一个entry
  weak_entry_t new_entry(referent, referrer);
  // 检查是是否该去扩容
  weak_grow_maybe(weak_table);
  // 将新的entry 插入到表里面
  weak_entry_insert(weak_table, &new_entry);
}
static void weak_entry_insert(weak_table_t *weak_table, weak_entry_t *new_entry)
{
    weak_entry_t *weak_entries = weak_table->weak_entries;

    size_t begin = hash_pointer(new_entry->referent) & (weak_table->mask);
    size_t index = begin;
    size_t hash_displacement = 0;
    while (weak_entries[index].referent != nil) {
        index = (index+1) & weak_table->mask;
        if (index == begin) bad_weak_table(weak_entries);
        hash_displacement++;
    }
    weak_entries[index] = *new_entry;
    weak_table->num_entries++;
}

weak_table的扩容，根据存储条数 >= 最大存储条数的3/4时，就会按照两倍的方式进行扩容，并且会将已经有的条目再次生成新的index(因为扩容后，weak_table的mask发生了改变)。进行保存

• 以下为简易的源码：

static void weak_grow_maybe(weak_table_t *weak_table)
{
    size_t old_size = (weak_table->mask ? weak_table->mask + 1 : 0);
    if (weak_table->num_entries >= old_size * 3 / 4) {
        weak_resize(weak_table, old_size ? old_size*2 : 64);
    }
}
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;
    // calloc 分配新的控件
    weak_entry_t *new_entries = (weak_entry_t *)
        calloc(new_size, sizeof(weak_entry_t));
    // mask 就是大小减一
    weak_table->mask = new_size - 1;
    weak_entry_t *entry;
    weak_entry_t *end = old_entries + old_size;
    for (entry = old_entries; entry < end; entry++) {
        if (entry->referent) {
           weak_entry_insert(weak_table, entry);
        }
    }
}

8. 方法catch表是如何存储方法的

• 我们都是知道调用方法的时候，会根据对象的isa查找到对象类对象，并开始在catch表里面查询对应的IMP
• 其实catch是个散列表,是根据方法的@selector(方法名) & catch->mask(catck表最大数量 - 1)得到index，如果index已经存储了新的方法，那么就会index++，如果index对应的值为nil时，将响应的方法，插入到catch表里面
• 核心代码

static void cache_fill_nolock(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver) {
  // 获取类对象的catch地址
  cache_t *cache = &cls->cache
  // 获取key
  cache_key_t key = (cache_key_t)sel;
  // 找到bucket
  bucket_t *bucket = cache->find(key, receiver);
}

bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
{
    // catch表的buckets属性
    bucket_t *b = buckets();
    // catch 表示的mask 最大值 - 1
    mask_t m = mask();
    
    mask_t begin = cache_hash(k, m);
    mask_t i = begin;
    do {
        if (b[i].key() == 0  ||  b[i].key() == k) {
            return &b[i];
        }
    } while ((i = cache_next(i, m)) != begin);
}
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
    return (i+1) & mask;
}

注意：catch表的扩容，同样也是和weak_table一样按照2倍的方式进行扩容，但是注意：扩容后，以前缓存的方法则会被删除掉。

• 简易代码

void cache_t::expand() {
    uint32_t oldCapacity = capacity();
    uint32_t newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;
    reallocate(oldCapacity, newCapacity);
}

void cache_t::reallocate(mask_t oldCapacity, mask_t newCapacity)
{
    // 获取旧的oldBuckets
    bucket_t *oldBuckets = buckets();
    // 重新分配新的
    bucket_t *newBuckets = allocateBuckets(newCapacity);
    // free 掉旧的
    cache_collect_free(oldBuckets, oldCapacity);
}

9.优化后isa指针是什么样的？存储都有哪些内容？

• 最新的Objective-C的对象里面的isa指针已经不是单单的指向所属类的地址了的指针了，而时变成了一个共用体,并且使用位域来存储更多的信息

isa.png

10.App启动流程，以及如何优化？

• 启动顺序

  • dyld，Apple的动态连接器，可以用来装载Mach-O文件(可执行文件、动态库)
    • 装载App的可执行文件，同事递归加载所有依赖的动态库
    • 当dyld把可执行文件、动态库装载完毕后，会通知Runtime进行下一步的处理
  • Runtime
    • 调用map_images进行可执行文件内容的解析和处理
    • 在load_images里面调用call_load_methods,调用所有class和category的+load方法
    • 进行各种objc结构的初始化(注册Objc类，初始化类对象等等)
    • 到目前未知，可执行文件和动态库中所有的符号(Class,Protocol,Selector,IMP..)都已经按照格式成功加载到内存中，被runtime管理
  • main函数调用
    • 所有初始化工作结束后，dyld就会调用main函数
    • 截下来就是UIApplicationMan函数，AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:的

• App启动速度优化

  • dyld

    • 减少动态库，合并一些自定义的动态库，以及定期清理一些不需要的动态库
    • 较少Objc类、category的数量、以及定期清理一些不必要的类和分类
    • Swift尽量使用struct

  • Runtime

    • 使用+initialize和dispatch_once取代Objc的+load方法、C++的静态构造器

  • main

    • 再不印象用户体验的情况下面，尽可能的将一些操作延迟，不要全部放到finishLaunching
      • 一些网络请求
      • 一些第三方的注册
    • 以及window的rootViewController 的viewDidload方法，也别做耗时操作

  • 注意：我们可以添加环境变量可以打印出App的启动时间分析(Edit scheme -> Run -> Arguments)

    • DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1，可以打印出来每个阶段的时间
    • 如果需要更详细的信息，那就设置DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS为1

DYLD_PRINT_STATISTICS.png

11.App瘦身

• 资源(图片、音频、视频等)

  • 可以采取无损压缩
  • 使用LSUnusedResources去除没有用的资源 LSUnusedResources

• 可执行文件瘦身

  • Strip Linked Product、Make Strings Read-Only、Symbols Hidden by Default设置为true
  • 去掉一些异常支持 Enable C++ Exceptions、Enable Objective-C Exceptions设置为false
  • 使用AppCode检测未使用的代码：菜单栏 -> Code -> Inspect Code，等编译完成后，会看到未使用的类

• 生成LinkMap文件，可以查看可执行文件的具体组成

  • 可借助第三方工具解析LinkMap文件LinkMap

Link Map.png

Link Map解析结果

LinkMap 解析结果.png

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