iOS isa理解测试：实例方法，类方法，iskindof，isMemberof问题

面试题一：考察实例方法和类方法

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

#ifdef DEBUG
#define LGLog(format, ...) printf("%s\n", [[NSString stringWithFormat:format, ## __VA_ARGS__] UTF8String]);
#else
#define LGLog(format, ...);
#endif

@interface LGPerson : NSObject
- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;
@end

@implementation LGPerson

- (void)sayHello{
    LGLog(@"LGPerson say : Hello!!!");
}
+ (void)sayHappy{
    LGLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}
@end

void lgInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello)); // 1
    Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello)); // 0

    Method method3 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHappy)); // 0
    Method method4 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHappy));// 1
    
    LGLog(@"%s===%p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

void lgClassMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello));

    Method method3 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    Method method4 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s===%p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

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

    IMP imp1 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHello));
    IMP imp2 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHello));

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

    LGLog(@"%p-%p-%p-%p",imp1,imp2,imp3,imp4);
    LGLog(@"%s",__func__);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        LGPerson *person = [LGPerson alloc];
        Class pClass     = object_getClass(person);
        lgInstanceMethod_classToMetaclass(pClass);
        lgClassMethod_classToMetaclass(pClass);
        LGLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

对于这道题首先一点我们要知道OC里面方法的存储是跟isa的走位图紧密相连的;

1、OC对象的实例方法存储类对象
2、OC对象的类方法存储在元类对象

isa流程图.png

这的两个方法为
- (void)sayHello: 实例方法
+ (void)sayHappy:类方法
为了不误导大家我先直接打印答案看看

答案1

结合isa走位图，根据答案分析，

  • 1、 在函数lgInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass)中

    • Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello)); 能找到方法method1 ，符合预期
    • Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello)); 不能找到方法method2 ，符合预期
    • Method method3 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHappy));不能找到方法method3 ，符合预期
    • Method method4 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHappy));能找到方法method4 符合预期

  • 2、在函数lgClassMethod_classToMetaclass(Class pClass)中

    • Method method1 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHello)); 不能找到方法method1 ，符合预期
    • Method method2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello)); 不能找到方法method2 ，符合预期
    • Method method3 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHappy));能找到方法method3 , 符合预期
    • Method method4 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHappy));在这里我需要先指出正确答案: 能找到方法；奇了怪，但是按照我们 isa的走位分析，这里应该去元类的元类(根元类)里面找sayHappy了啊，应该找不到啊，我们不妨看看class_getClassMethod源码
//objc-class.mm
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}
//.....
//objc_rumtime-new.h
// NOT identical to this->ISA when this is a metaclass
    Class getMeta() {
        if (isMetaClass()) return (Class)this;
        else return this->ISA();
    }

我们可以清晰的看到class_getClassMethod方法其实实质上是调用的class_getInstanceMethod,并且是找Class的元类;而元类的搜索逻辑是：如果当前类已经是元类,则返回当前类。这就很好解释了为什么在元类里面找类方法能找到了。

  • 3、 在函数lgIMP_classToMetaclass(Class pClass)中
    • IMP imp1 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHello)); 能找到方法的实现imp1 ，符合预期
    • IMP imp2 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHello)); 居然找到的方法的实现，我们前面都在函数lgInstanceMethod_classToMetaclass中分析打印了Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello));的结果：不能找到方法。现在怎么找到了这里方法的实现imp2呢？我们看看class_getMethodImplementation源码
//objc_class.mm 文件
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

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

    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    // Translate forwarding function to C-callable external version
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}
// ...
// message.h 文件
OBJC_EXPORT void
_objc_msgForward(void /* id receiver, SEL sel, ... */ ) 
    OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
// ...
//objc-msg-arm.s 文件
    STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
    // Method cache version

    // THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
    // Out-of-band Z is 0 (EQ) for normal, 1 (NE) for stret

    beq __objc_msgForward
    b   __objc_msgForward_stret
    
    END_ENTRY __objc_msgForward_impcache
    

    ENTRY __objc_msgForward
    // Non-stret version

在这里我们可以很清晰的看见:***当lookUpImpOrNil找不到方法实现的时候,直接返回_objc_msgForward的函数指针,而这个·_objc_msgForward`的实现是在汇编里面的,所以必定存在；

  • IMP imp3 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHappy));，根据前面的分析，能找到方法imp3, 应该为_objc_msgForward的实现
  • IMP imp4 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHappy));能找到方法实现imp4;

面试题二：考察iskindof，isMemberof理解

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface LGPerson : NSObject
@end

@implementation LGPerson
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL re3 = [(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
        BOOL re4 = [(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
        NSLog(@"\n re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);

        BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL re7 = [(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
        BOOL re8 = [(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
        NSLog(@"\n re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);
   
    }
    return 0;
}

首先我们来看看结果

答案2

首先我们需要对isKindOfClass和isMemberOfClass这两个方法有所了解
我们先来看看因为解释

  • - (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass;
    Returns a Boolean value that indicates whether the receiver is an instance of given class or an instance of any class that inherits from that class.

    大意: 判断当前接收者(这里可以理解为调用者)是否是给出类(这里可以理解为传入的aClass参数)或者其子类的实例。

  • - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass;
    Returns a Boolean value that indicates whether the receiver is an instance of a given class.
    大意：判断当前接收者是否是给出类的实例。

对于类方法

  • 【1】、[(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]]; 我们知道[NSObject class]会调用类方法+class;我们查看源码得知
- (Class)class {
    return object_getClass(self);
}
+ (Class)class {
    return self;
}

返回的是当前类自己

Note:其实在真正运行的时候,llvm针对id类型会做一层处理调用的真正的实现函数是如下逻辑，当发现cls->hasCustomCore()为false时,直接返回当前obj或者obj->isa指向的Class

// 源码文件NSObject.mm文件中可以找到
  // Calls [obj class]
Class
objc_opt_class(id obj)
{
#if __OBJC2__
    if (slowpath(!obj)) return nil;
    Class cls = obj->getIsa();
    if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
        return cls->isMetaClass() ? obj : cls;
    }
#endif
    return ((Class(*)(id, SEL))objc_msgSend)(obj, @selector(class));
}

所以当我们调用实例方法或类方法 class时返回的都是当前的类对象;

接下到我们的isKindof这个实例方法;为什么是实例方法呢？因为我们将它强转成了id类型,所以我们看看源码

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

Note:
1、我们在源码文件NSObject.mm发现了+isKindOfClass的类方法，这个NSObject类方法是存贮在根元类里面的, 在我们面试题中，其本质是Class类型，只是强转成了id类型，当调用isKindOfClass方法时,其实是会去Class指向的元类里面查找方法， 即会调用+isKindOfClass；不过在正式环境中我们是看不到这个类方法的，仅能看到实例方法。
2、注意重点:其实这个方法也是忽悠人的，经过查看llvm源码发现iskindOfclass经过了优化处理，其真实会调用的方法是

// 源码文件NSObject.mm文件中可以找到
// Calls [obj isKindOfClass]
BOOL
objc_opt_isKindOfClass(id obj, Class otherClass)
{
#if __OBJC2__
    if (slowpath(!obj)) return NO;
    Class cls = obj->getIsa();
    if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
        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);
}

很显然当第一来的时候obj是NSObject的类对象,cls和tcls是根元类,很明显当前是tcls == otherClass不成立，当我们第二次来的时候tcls去取他的父类赋值到tcls，根据isa走位图,我们知道根元类的父类是NSObject的类对象;所以此时tcls == otherClass 成立返回为true。

  • 【2】、[(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];对于isMemberOf这个方法源码去看看;
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

这里就相当简单了：直接判断当前的实例的类对象是否等于传入的cls。
当我们调用isMemberOfClass方法时，self就是[NSObject class]经过强转之后的id类型(其本质就是NSObject类对象),当经过[self class]取class操作之后，会变为NSObject元类对象和NSObject类对象比较，所以为false；

  • 【3】、[(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]]; 这里最终是LGPerson类对象和LGPerson元类对象或者其父类的比较,为false；
  • 【4】 、[(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]]; 【3】都是false，这里还是它的子集，更加为false;
  • 【5】、[(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]]; 这里简单分析true;
  • 【6】、[(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]]; 这里简单分析true;
  • 【7】、[(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]]; 这里简单分析true;
  • 【8】、[(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]]; 这里简单分析true;

两道面试题的总结：

需要充分理解isa的走位图：方法的存储和类型的继承。

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