【iOS】—— block，KVC，KVO，Category等问题解答

block

1.block的原理是怎样的？本质是什么？

在iOS中，Block是一种特殊的对象。封装了函数调用以及调用环境的OC对象。用于封装代码块。它可以作为参数传递给方法或函数，并且可以在稍后的时间点执行。

Block的本质是一个封装了一段代码以及其访问的变量的结构体。当定义一个Block时，它会捕获其所在作用域中的变量，并将这些变量的值复制到自己的内部结构中。这样，在Block执行时，即使变量已经超出了其作用域，仍然可以访问并使用这些变量的值。

block转成C++的源码：

//经过clang转换后的C++代码
struct __block_impl {
  void *isa;//指向所属类的指针
  int Flags;//标志性参数，暂时没用到所以默认为0
  int Reserved;//今后版本升级所需的区域大小。
  void *FuncPtr;//函数指针，指向实际执行的函数，也就是block中花括号里面的代码内容。
};

struct __main_block_impl_0 {
  struct __block_impl impl;//上面点1中的结构体的变量
  struct __main_block_desc_0* Desc;//上面点2中的结构体的指针 
  
  __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) {
    impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
    impl.Flags = flags;
    impl.FuncPtr = fp;
    Desc = desc;
  }
};

static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself {
	printf("Block\n");
}

static struct __main_block_desc_0 {
  size_t reserved;  //今后版本升级所需区域的大小（一般填0）
  size_t Block_size;   //Block的大小
} __main_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __main_block_impl_0)};

int main(int argc, const char * argv[]) {
	void (*blk)(void) = ((void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA));
	
	((void (*)(__block_impl *))((__block_impl *)blk)->FuncPtr)((__block_impl *)blk);
    return 0;
}

关于block的具体细节可以看看之前的博客：【iOS】—— 浅看block源码
【iOS】—— 初识block

2.__block的作用是什么？有什么使用注意点？

在iOS中，__block是一个修饰符，用于在Block内部修改外部变量的值。它的作用是将外部变量在Block内部转为可修改的变量。

使用__block修符可以解决Block内部无法修改外部变的问题。默认情况下，Block内部能访问外部变量的，而不能修改它们。是，当你在外部量前面加上__block修饰符时，Block就可以修改这变量的值了。

以下是一些使用注意点：

• __block修饰符只能于局部变量，不能用全局变量或静态变量。
• 在Block部使用__block修的变量时，需要注意循环引用的问题如果Block被强引用并且同时引用了__block修饰的变，可能会导致环引用，造成内存漏。为了避免这种情况，可以在Block内部使用weakSelf来弱引用self，或者使用__weak饰符来修饰__block变量。
• 当__block修饰的变量Block内部被修改，外部变量的值会被修改。这意味在Block执行完后，外部变量的值将保持被修改后的状态。
• 在使用ARC（动引用计数）的情况下，__block饰符会自动处理内存管理。但是，在非ARC环境下，你需要手动处理__block变量的内存管理，确保Block执行完毕后释放它们。

3.block的属性修饰词为什么是copy？使用block有哪些使用注意？

• block一旦没有进行copy操作，就不会在堆上。MRC 下 block 如果没有 copy 到堆上,值捕获不会对外部变量引用。 虽然 ARC 环境 strong 也可以修饰 Block，那是因为编译器会对 strong 修饰的 block 也会进行一次 copy 操作。
• 因为Block的内存地址显示在栈区，栈区的特点就是创建的对象随时销毁，一旦销毁后续再次调用空对象就会造成程序崩溃。对Block进行copy操作之后，block存在堆区，所以在使用Block属性的时候Copy修饰。
• 使用注意：循环引用问题

循环引用及强弱共舞可以看看之前的博客，上面有链接

4.block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block？

不需要，给NSMutableArray添加元素时。__block修饰符主要用于在Block内部问和修改外部变量，以决Block内部对外部变量的捕获问题。而在修改NSMutableArray这样可变对象时，并不需要使用__block修饰符。因为NSMutableArray是一个指针类型的对象，当你在Block内部修改它，实际上是修改了指向该对象的指针，而是直接修改指针所指的对象本身。因此，无需使用__block修饰符来解决捕获问题。

5.关于block对不同种变量的捕获问题

先说结论：

• 全局变量： 不捕获
• 局部变量： 捕获值
• 静态全局变量： 不捕获
• 静态局部变量： 捕获指针
• const修饰的局部常量：捕获值
• const修饰的静态局部常量：捕获指针

局部变量：

    int dmy = 256;
    int val = 10;
    const char *fmt = "val = %d\n";
    void (^blk)(void) = ^{
        printf(fmt, val);
    };
    val = 2;
    fmt = "These values were changed. val = %d\n";
    blk();

输出结果：

全局变量

    void (^blk)(void) = ^{
        printf("%d\n", quanju);
    };
    quanju = 60;
    blk();

输出结果：

静态全局变量

    void (^blk)(void) = ^{
        printf("%d\n", jingquanju);
    };
    jingquanju = 60;
    blk();

静态局部变量

    int jingjubu = 10;
    void (^blk)(void) = ^{
        printf("%d\n", jingjubu);
    };
    jingjubu = 60;
    blk();

6.block捕获变量的原理是什么？

• 在执行Block语法的时候，Block语法表达式所使用的自动变量的值是被保存进了Block的结构体实例中，也就是Block自身中。
• 这里值得说明的一点是，如果Block外面还有很多自动变量，静态变量，等等，这些变量在Block里面并不会被使用到。那么这些变量并不会被Block捕获进来，也就是说并不会在构造函数里面传入它们的值。
• Block捕获外部变量仅仅只捕获Block闭包里面会用到的值，其他用不到的值，它并不会去捕获。
  

7.__block修饰符的作用

• __block修饰对象类型的变量生成的结构体内部多了__Block_byref_id_object_copy和__Block_byref_id_object_dispose两个函数，用来对对象类型的变量进行内存管理的操作。
• __main_block_copy_0函数中会根据变量是强弱指针及有没有被__block修饰做出不同的处理，强指针在block内部产生强引用，弱指针在block内部产生弱引用。
• 当修改__block修饰的变量时，是根据变量生成的结构体这里是__Block_byref_age_0找到其中__forwarding指针，__forwarding指针指向的是结构体自己因此可以找到变量进行修改。
• 当block在栈中时，__Block_byref_age_0结构体内的__forwarding指针指向结构体自己。
• 而当block被复制到堆中时，栈中的__Block_byref_age_0结构体也会被复制到堆中一份，而此时栈中的__Block_byref_age_0结构体中的__forwarding指针指向的就是堆中的__Block_byref_age_0结构体，堆中__Block_byref_age_0结构体内的__forwarding指针依然指向自己。

KVO

详解KVO的博客：【iOS】—— KVO再学习

1.iOS用什么方式实现对一个对象的KVO？（KVO的本质是什么？）

• 利用RuntimeAPI动态生成一个子类，并且让instance对象的isa指向这个全新的子类
• 当修改instance对象的属性时，会调用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函数
• 接着调用父类原来的setter方法；
• 最后调用didChangeValueForKey，其内部会触发监听器(Oberser)的监听方法(observerValueForKeyPath:ofObject:change:context:);

总结

• 主要用了isa-swizzling,修改了观察者的类信息，并且hooksetter方法，当setter方法调用时发送消息给所有观察者
• 由上面源码可以看出对观察者、被观察者的引用都是Not Retain, 所以对象释放前一定要移除观察者。
• 消息的发送主要由[self willChangeValueForKey: key], [self didChangeValueForKey: key]触发，并且必须成对出现，automaticallyNotifiesObserversForKey方法用来控制，是否要主要添加上述的两个方法，默认返回值为YES，如果返回NO则不会自动添加，也就是说setter的调用以及KVC修改都不会触发通知
• + (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key
  此方法用来设置依赖关系，有时候需要某属性值随着同一对象的其他属性的改变而改变。可以通过事先将这样的依赖关系在类中注册，那么即便属性值间接地发生了改变，也会发送通知消息，被观察者类重写返回和key依赖的所有key集合
  内部实现也比较简单，将所有依赖关系存储在全局的dependentKeyTable中，然后hook了所有依赖的key的setter方法，当[self willChangeValueForKey: key], [self didChangeValueForKey: key]调用时会查找所有的依赖关系，然后发送消息
• KVO内部多次用到了KVC
• • 重写 setValue:forKey
• • 使用valueForKey --- valueForKeyPath获取属性的值，尤其是在使用点语法的时候，只有valueForKeyPath可以获得深层次的属性值。
    所以KVO是基于KVC而实现的。

2.如何手动触发KVO？

• 手动调用willChangeValueForKey：和didChangeValueForKey：

3.直接修改成员变量会触发KVO么？

• 不会触发KVO，KVO的本质是替换了setter方法的实现，所以只有通过set方法修改才会触发KVO。

KVC

详解KVC的博客：【iOS】—— KVC再学习

1.通过KVC修改属性会触发KVO么？

• 会触发KVO。KVC在修改属性时，会调用willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey:方法；

2.KVC的赋值和取值的过程是怎样的？原理是什么？

赋值：KVC赋值(setValue:forKey:)

• 首先会按照setKey、_setKey的顺序查找方法，若找到方法，则直接调用方法并赋值；
• 未找到方法，则调用+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly;
• 若accessInstanceVariablesDirectly方法返回YES，则按照_key、_isKey、key、isKey的顺序查找成员变量，找到直接赋值，找不到则抛出异常；
• 若accessInstanceVariablesDirectly方法返回NO，则直接抛出异常；
  

取值：KVC取值(valueForKey:)

• 首先会按照getKey、key、isKey、_key的顺序查找方法，找到直接调用取值
• 若未找到，则查看+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly的返回值，若返回NO，则直接抛出异常；
• 若返回的YES，则按照_key、_isKey、key、isKey的顺序查找成员变量，找到则取值；
• 找不到则抛出异常；
  

Category

1.Category的使用场合是什么？

Category除了用来给类进行扩展外，还有一种比较高级的用法，就是用来拆分模块，将一个大的模块拆分成多个小的模块，方便进行维护和管理。什么意思呢？我就举一个很多开发人员都会存在的问题，就是AppDelegate这个类。这个类是刚创建项目时自动生成的，用来管理程序生命周期的。在刚创建项目时，这个类中是没有多少代码的，但是随着项目的进行，越来越多的代码会被放在这个类里面。比如说集成极光推送、友盟、百度地图、微信SDK等各种第三方框架时，这些第三方框架的初始化工作，甚至是相关的业务逻辑代码都会放在这个类里面，这就导致随着APP的功能越来越复杂，AppDelegate中的代码就会越来越多，有的甚至有几千行，看着就让人头皮发麻。

这时我们就可以利用Category来对AppDelegate进行拆分，首先我们就需要对AppDelegate中的代码进行划分，把同一种功能的代码抽取出来放在一个分类里面。比如说我可以新建一个极光推送的分类，然后把所有和极光推送有关的代码都抽出来放入这个分类，把所有和微信相关的代码抽出来放进微信的分类中，后面又有新的功要添加的话我只需要新建分类就好了。维护的时候要改什么功能的代码就直接找相应的分类就好了。

2.Category的实现原理

// 定义在objc-runtime-new.h文件中
struct category_t {
    const char *name; // 比如给Student添加分类，name就是Student的类名
    classref_t cls;
    struct method_list_t *instanceMethods; // 分类的实例方法列表
    struct method_list_t *classMethods; // 分类的类方法列表
    struct protocol_list_t *protocols; // 分类的协议列表
    struct property_list_t *instanceProperties; // 分类的实例属性列表
    struct property_list_t *_classProperties; // 分类的类属性列表
};

• Category编译之后的底层结构是结构体struct category_t，里面存储着分类的对象方法、类方法、属性、协议信息。
• 程序运行的时候，Runtime 会将Category的信息合并到类信息中（class类对象、mate-class元类对象），后合并的分类数据会插入到原来数据的前面；
• 分类没有自己的class对象、和mate-class对象，因为一个类只有一个class对象、mate-class对象。

3.Category和Class Extension的区别是什么？

• Class Extension是在编译的时候，它的数据都已经包含在类信息中了；
• Category是在运行的时候，才将数据合并到类信息中。
• 分类原则上只能增加方法，但是也可以通过关联属性增加属性
• 拓展可以增加方法和属性，都是私有的。
• 扩展只能在自身类中使用，而不是子类或者其他地方。
• 类扩展是在编译阶段添加到类中，而分类是在运行时添加到类中

4.Category中有load方法吗？load方法是什么时候调用的？load方法继承吗？

• 有+load方法。
• +load方法会在Runtime加载类、分类的时候调用；
• 每个类的+load方法只会调用一次；
• 先调用类的+load方法，（按照编译顺序，先编译，先调用），调用子类的+load方法之前，会先调用父类的+load方法；
• 再调用分类的+load方法，（按照编译顺序，先编译，先调用）。
• 这里+load方法调用的顺序比较特别，没有先调用分类的+load方法，因为+load方法的调用机制不是objec_msgSend的方式，+load是直接找到方法地址进行调用的。
• load方法能继承，不过一般不会手动调用load方法，都是系统自动调用。

5.load、initialize方法的区别是什么？它们在category中的调用顺序是什么？以及出现继承时他们之间的调用过程？

区别：

• 调用时机
  load，当runtime加载类、分类时会调用。load方法总是在main函数之前调用，每个类、分类的load在运行时只调用一次
  initialize，在类第一次接收到消息时调用（先初始化父类，再初始化子类，每一个类只会被初始化一次）
• 调用顺序
  load方法：先调用类的load，子类调用load方法之前会先调用父类的load，先编译的先调用；再调用分类的load方法，先编译的先调用
  initialize方法：先调用父类的initialize再调用当前类的initialize，如果子类没有实现initialize，则会调用父类的initialize；如果有分类，则调用最后编译的分类的initialize，就不调用本类的initialize了
• 调用本质
  load，根据IMP地址直接调用(*load_method)(cls, SEL_load)
  initialize，通过objc_msgSend进行调用
• 使用场景
  在load方法中实现方法交换（Method Swizzle）
  一般用于初始化全局变量或静态变量
• 相同点
  两个方法会被自动调用，不需要手动调用他们
• 区别
  load是通过直接函数地址调用，只会调用一次
  initialize是通过msgSend调用
• • 如果子类没有实现initialize，会调用父类的initialzie（所以父类的initialize会被调用很多次）
• • 分类如果实现了initialize，就会覆盖类本身的initailize

在Category中的调用顺序：

• 如果有多个Category对同一个类实现了+load方法，它们的调用顺序是不确定的。编译器会将所有的+load方法放入一个全局的链表中，然后在运行时按照链的顺序依次调用。
• 对于+initialize方法，如果一个类本身实现了+initialize方法，那么它会覆盖父类的+initialize方法。如果有多个Category对同一个类实现了+initialize方法，么只有最后一个被加载的Category的+initialize方法被调用。

继承时它们之间的调用过程：

• 当一个类继承时，子类会继承父类的+load方法。父类的+load方法会在子的+load方法之前被调用。
• 对于+initialize方法，子类如果没有实现自己的+initialize方法，继承父类的+initialize方法。父类的+initialize方法会在子类的+initialize方法之前被调用如果子类实现了自的+initialize方法，么父类的+initialize方法不被调用。

6.Category能否添加成员变量？如果可以，如何给Category添加成员变量？

不能直接给Category添加成员变量，但是可以间接实现Catecory有成员变量的效果。