一道有意思的iOS面试题

前言

最近在群里看到有人发的一道面试题，题目如下:

@interface Spark : NSObject
@property(nonatomic,copy) NSString *name;
@end
@implementation Spark
- (void)speak {
NSLog(@"My name is:%@",self.name);
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
id cls = [Spark class];
void *obj = &cls;
[(__bridge id)obj speak];
}

问题:上述代码运行起来会: Complieerror?|Runtimecrash?|NSLog?

最终问题就是这段代码的运行结果。

过程

第一眼看这个问题，我直接就想说，这个东西啊，肯定是编译报错了、要不就是崩溃啊

所以我就跟着写了些代码，结果发现:

WTF? 怎么能运行，而且结果竟然还是

image

相信当你看到这个结果的时候会和我一样吃惊，不和逻辑啊，怎么竟然能执行成功并且还打印出来当前controller了，不符合常理啊。

解析

对于计算机而言，不存在什么魔法，如果一段代码能运行必然存在它的原理。

我们需要做的就是分析为什么能成功。

为什么调用不崩溃我们需要了解， cls的意思。

cls在C语言里，就是一个指针，这个指针的内容指向Spark类

当我们通过 void*obj=&cls;这个语句执行后，获取的就是一个指向这个指针 cls的指针

事实上在这一步操作实现后，obj 这个指针就已经具有Object-c对象的功能了，为什么呢？接下来我们可以看看runtime实现原理了，这里我只说一点

//对象
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
//类
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法列表
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}

引自: iOS Runtime详解-

可以看到 objc_object这个对象的首字段是isa 指向一个Class

也就是说，我们如果有一个指向Class的地址的指针，相当于这个对象就已经可以使用了，只是像他的成员变量等等的一系列值都还没有被初始化。

所以接下来用 (__bridge id)obj，调用是不会产生问题的

为什么能打印出ViewController对象?

这个问题就是由两个小部分组成的

1. name 这个属性是什么时候赋的值?
2. ViewController 这个对象是什么时候被传入的？

首先我们需要先了解一下，一个类对象的数据是如何存储的。

这里我就按照上文一样引用很多的论证了，我们自己来探究

该上代码了:

@interface Cls : NSObject
@property(nonatomic,strong) NSString *test;
@property(nonatomic,strong) NSString *test1;
@end
@implementation Cls
- (void)printPrinter {
NSLog(@"self:%p",self);
NSLog(@"self.test:%p",&_test);
NSLog(@"self.test1:%p",&_test1);
}
@end

接下来调用 printPrinter,打印一下对象指针地址:

image

可以发现，指针偏移量成员变量和指针首地址差8个字节，每个成员变量与上一个成员变量偏移量也是8个字节。

完成到这一步，我们仍然没有发现上述两个问题是应该怎么解释。但是我们知道了，一个Object-C 对象的指针，和它的成员变量的指针肯定是连续的。这就为接下来我们的分析提供了一些思路。

下一步，我在原本的题目中增加一行代码:

[super viewDidLoad];
NSString *str = @"11111";
id cls = [Spark class];

为啥要增加这行代码呢，这步是经过深(瞎)思(J)熟(B)虑(试)，主要是考虑到函数内部的参数生成必然会需要地方存储，但这部分存储地址，我们是不知晓的，它的实现是被系统隐藏的。而我们的代码又没有明显的设置相关代码，那么必然是由这些条件实现的。所以当我们增加了这一行代码后，不出意外的，打印结果变了

2018-11-29 20:49:39.254021+0800 test[1961:92498] My name is:11111

变成了我们上述的值，这一切都和猜想的差不多

于是一个基本设想就出来了:

因为栈上的地址结构和原本类的需求地址结构高度重合了，同时所有地址都能访问到对应的值。我们通过栈的默认行为生成了一个Spark对象!

为了验证，我们打印一下 cls和 str的指针堆栈地址

NSLog(@"cls address:%p str address:%p",&cls,&str);

2018-11-29 21:03:30.490989+0800 test[2129:122769] cls address:0x7ffeebf4fa00 str address:0x7ffeebf4fa08

我们可以看到他们之间相差也正好是8，而且正好和对象结构体定义的一模一样。所以这也正好能说明我们上述的打印结果 Mynameis:11111为什么会发生。

注:这个存在的原因是因为函数内部变量采用的小端模式，也就是将参数地址由栈区从高地址依次向低地址分配，所以我们打印 cls地址会比 str要小。

由此，第一个小问题就解决了，答案是因为我们在生成堆栈参数的时候，拼凑出了Spark对象的地址数据结构格式，和真正的对象地址数据结构一样，所以 self.name就是在生成 cls的那一刻起内存地址就已经被赋值了。

接下来到下一个问题了ViewController 是什么时候传入的?

在这一步里我们只能把目光向 cls对象生成前执行的操作来看， [superviewDidLoad];我们只执行了这一步操作，那必然是这个操作产生的结果。为了验证，我们可以更改一下调用顺序

id cls = [Cls class];
[super viewDidLoad];

当我们进行这部操作后，会发现，执行speak方法时崩溃了，错误是 EXC_BAC_ACCESS，说明是我们引用野指针了。

由此也可以证实， [superviewDidLoad];肯定做了一些骚操作，将ViewController的 self压入了栈区。

接下来我们就需要探究究竟做了什么操作，我们可以用如下的命令行代码将ViewController.m重写成c++代码，然后观看发生了什么。

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ViewController.m -o ViewController.cpp

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));

我们可以发现原本这个方法里面会传入两个参数一个是 self,一个是 _cmd，当我们调用 [superviewDidLoad]时，执行的方法中传入了参数 self，由此将 self做为一个值压入了栈中，但是 _cmd这个参数并未被使用，因此，没有被压入栈中。

至此，这个问题已经被解释出来了。

答案

所有NSObject对象的首地址都是指向这个对象的所属类。这个条件是充要条件。反过来说，如果一个地址指向某个类，我们就可以把这个地址当成对象去用。所以编译是会通过的，也不会报 unrecognized selector的错误。

打印结果会是ViewController对象的原因是因为 cls在栈上的数据结构符合了它作为真实的类时候的数据结构， cls.name原本地址正好是栈上ViewController对象地址，因此NSLog能打印出

思索

这类问题，考察的东西很深，并且结合了很多知识点。但是当我们拿到面试题并且能进行思索的时候一定要好好的考虑，我对这道题的想法，也是在不断的试验中逐渐的完善，并且尝试了很多。其实找面试题为什么是这个答案的过程和，找代码找bug的流程都是类似的，都是排除变量，逐步探索，最终将探索过程和概念结合。

一道有意思的iOS面试题

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过程

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答案

思索

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