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iOS-Runtime

面试题

  • 讲一下 OC 的消息机制

    • OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend函数的调用，给receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）
    • objc_msgSend底层有3大阶段：消息发送（当前类、父类中查找）、动态方法解析、消息转发

  • 消息转发机制流程

    • ~

  • 什么是Runtime？平时项目中有用过么？

    • OC是一门动态性比较强的编程语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行
    • OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的，Runtime是一套C语言的API，封装了很多动态性相关的函数
    • 平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用

  • 具体应用

    • 利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性
    • 遍历类的所有成员变量（修改textfield的占位文字颜色、字典转模型、自动归档解档）
    • 交换方法实现（交换系统的方法）
    • 利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题
    • ......

  • 打印结果分别是什么？


  • 以下代码能不能执行成功？如果可以，打印结果是什么？


Runtime

  • Objective-C是一门动态性比较强的编程语言，跟C、C++等语言有着很大的不同
  • Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的

  • Runtime API提供的接口基本都是C语言的，源码由C\C++\汇编语言编写



isa详解

  • 要想学习Runtime，首先要了解它底层的一些常用数据结构，比如isa指针
  • 在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址

  • 从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息


isa详解 – 位域
  • nonpointer
    • 0，代表普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
    • 1，代表优化过，使用位域存储更多的信息
  • has_assoc
    • 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快
  • has_cxx_dtor
    • 是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
  • shiftcls
    • 存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息
  • magic
    • 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
  • weakly_referenced
    • 是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
  • deallocating
    • 对象是否正在释放
  • extra_rc
    • 里面存储的值是引用计数器减1
  • has_sidetable_rc
    • 引用计数器是否过大无法存储在isa中
    • 如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中

Class的结构

class_rw_t

class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容

method_t

  • method_t是对方法\函数的封装


  • IMP代表函数的具体实现


  • SEL代表方法\函数名，一般叫做选择器，底层结构跟char *类似
    • 可以通过@selector()和sel_registerName()获得
    • 可以通过sel_getName()和NSStringFromSelector()转成字符串

    • 不同类中相同名字的方法，所对应的方法选择器是相同的


  • types包含了函数返回值、参数编码的字符串
Type Encoding

  • iOS中提供了一个叫做@encode的指令，可以将具体的类型表示成字符串编码



方法缓存

  • Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度


  • 缓存查找
    • objc-cache.mm
    • bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)

objc_msgSend

objc_msgSend执行流程
  • OC中的方法调用，其实都是转换为objc_msgSend函数的调用
  • objc_msgSend的执行流程可以分为3大阶段
    • 消息发送
    • 动态方法解析
    • 消息转发
objc_msgSend执行流程 – 源码跟读

  • objc-msg-arm64.s

    • ENTRY _objc_msgSend
    • b.le LNilOrTagged
    • CacheLookup NORMAL
    • .macro CacheLookup
    • .macro CheckMiss
    • STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
    • .macro MethodTableLookup
    • __class_lookupMethodAndLoadCache3

  • objc-runtime-new.mm

    • _class_lookupMethodAndLoadCache3
    • lookUpImpOrForward
    • getMethodNoSuper_nolock、search_method_list、log_and_fill_cache
    • cache_getImp、log_and_fill_cache、getMethodNoSuper_nolock、log_and_fill_cache
    • _class_resolveInstanceMethod
    • _objc_msgForward_impcache

  • objc-msg-arm64.s

    • STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
    • ENTRY __objc_msgForward

  • Core Foundation

    • forwarding（不开源）
objc_msgSend执行流程01-消息发送
  • 如果是从class_rw_t中查找方法
    • 已经排序的，二分查找
    • 没有排序的，遍历查找
  • receiver通过isa指针找到receiverClass

  • receiverClass通过superclass指针找到superClass


objc_msgSend执行流程02-动态方法解析
  • 开发者可以实现以下方法，来动态添加方法实现
    • +resolveInstanceMethod:
    • +resolveClassMethod:
  • 动态解析过后，会重新走“消息发送”的流程

    • “从receiverClass的cache中查找方法”这一步开始执行


动态添加方法
objc_msgSend的执行流程03-消息转发
  • 开发者可以在forwardInvocation:方法中自定义任何逻辑

  • 以下方法都有对象方法、类方法2个版本（前面可以是加号+，也可以是减号-）


生成NSMethodSignature

super

super的本质
  • super调用，底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用，接收2个参数
  • struct objc_super2

  • SEL


  • receiver是消息接收者
  • current_class是receiver的Class对象

LLVM的中间代码（IR）

  • Objective-C在变为机器代码之前，会被LLVM编译器转换为中间代码（Intermediate Representation）
  • 可以使用以下命令行指令生成中间代码
    • clang -emit-llvm -S main.m
语法简介
  • @ - 全局变量
  • % - 局部变量
  • alloca - 在当前执行的函数的堆栈帧中分配内存，当该函数返回到其调用者时，将自动释放内存
  • i32 - 32位4字节的整数
  • align - 对齐
  • load - 读出，store 写入
  • icmp - 两个整数值比较，返回布尔值
  • br - 选择分支，根据条件来转向label，不根据条件跳转的话类似 goto
  • label - 代码标签
  • call - 调用函数
  • 具体可以参考官方文档：https://llvm.org/docs/LangRef.html

Runtime的应用01 – 查看私有成员变量

  • 设置UITextField占位文字的颜色
    ![image.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/3266195-
    dfa943179d90f006.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

Runtime的应用02 – 替换方法实现

  • class_replaceMethod
  • method_exchangeImplementations

Runtime API01 – 类

  • 动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
    Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
  • 注册一个类（要在类注册之前添加成员变量）
    void objc_registerClassPair(Class cls)
  • 销毁一个类
    void objc_disposeClassPair(Class cls)
  • 获取isa指向的Class
    Class object_getClass(id obj)
  • 设置isa指向的Class
    Class object_setClass(id obj, Class cls)
  • 判断一个OC对象是否为Class
    BOOL object_isClass(id obj)
  • 判断一个Class是否为元类
    BOOL class_isMetaClass(Class cls)
  • 获取父类
    Class class_getSuperclass(Class cls)

Runtime API02 – 成员变量

  • 获取一个实例变量信息
    Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)
  • 拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
    Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
  • 设置和获取成员变量的值
    void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
    id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
  • 动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
    BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
  • 获取成员变量的相关信息
    const char *ivar_getName(Ivar v)
    const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)

Runtime API03 – 属性

  • 获取一个属性
    objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
  • 拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
    objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
  • 动态添加属性
    BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount)
  • 动态替换属性
    void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount)
  • 获取属性的一些信息
    const char *property_getName(objc_property_t property)
    const char *property_getAttributes(objc_property_t property)

Runtime API04 – 方法

  • 获得一个实例方法、类方法
    Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
    Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)
  • 方法实现相关操作
    IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name)
    IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
    void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
  • 拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
    Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
  • 动态添加方法
    BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
  • 动态替换方法
    IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
  • 获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
    SEL method_getName(Method m)
    IMP method_getImplementation(Method m)
    const char *method_getTypeEncoding(Method m)
    unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
    char *method_copyReturnType(Method m)
    char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)

Runtime API04 – 方法

  • 选择器相关
    const char *sel_getName(SEL sel)
    SEL sel_registerName(const char *str)
  • 用block作为方法实现
    IMP imp_implementationWithBlock(id block)
    id imp_getBlock(IMP anImp)
    BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

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