iOS-底层探索06：isa 经典面试题分析

iOS 底层探索 文章汇总

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一、类在内存中存在几份？

类在内存中存在几份实际上是说类对象在内存中存在几份。由于类的信息在内存中永远只存在一份，所以 类对象只有一份。

二、objc_object 与 对象的关系

  • 所有的对象 都是以 objc_object为模板继承过来的

  • 所有的对象 是 来自 NSObject（OC） ，但是真正到底层的 是一个objc_object（C/C++）的结构体类型

【总结】objc_object与 对象的关系 是 继承关系

三、什么是 属性 & 成员变量 & 实例变量 ？

  • 属性(property)：在OC中是通过@property开头定义，属性 =ivar + setter + getter

  • 成员变量(ivar)：在OC的类中{}中定义的

  • 实例变量：通过当前对象类型，具备实例化的变量，是一种特殊的成员变量，例如 NSObject、UILabel、UIButton等

四、成员变量 和 实例变量什么区别？

  • 实例变量（即成员变量中的对象变量 就是 实例变量）：以实例对象实例化来的，是一种特殊的成员变量

  • NSString 是常量类型， 因为不能添加属性，如果定义在类中的{}中，是成员变量

  • 成员变量中 除去基本数据类型、NSString，其他都是 实例变量（即可以添加属性的成员变量），实例变量主要是判断是不是对象

五、元类 中为什么会有 类对象 的 类方法？

UIView实际上也是一个对象，叫做类对象，那么类对象的类又是什么呢？就是元类。元类也是一个对象，它的类又是什么呢？根元类。根元类也是一个对象，它的类又是什么呢？它自己。
元类对象：OC的类方法是元类存在的根本原因。因为元类对象中存储着类对象调用的方法也就是类方法。元类的定义和创建都是编译器自动完成的，无需人为干涉，而且大部分时候都是倾向于隐藏的。

六、实例对象、类对象、元类对象到底有什么区别呢？

  • 实例对象：实例对象拷贝了实例所属的类的成员变量，但不拷贝类定义的方法。当调用实例方法时，需要到类的方法列表里面去寻找方法的函数指针。

  • 类对象：是一个功能完整的对象，它没有自己的实例变量。（这里要与类的成员变量区别开来，类的成员变量是属于实例对象的，而不是属于类对象的。类方法才是属于类对象自己的）。类对象中存储着成员变量和实例方法列表。

  • 元类对象：OC的类方法是元类存在的根本原因。因为元类对象中存储着类对象调用的方法也就是类方法。元类的定义和创建都是编译器自动完成的，无需人为干涉，而且大部分时候都是倾向于隐藏的。

七、探究如下方法

  1. class_copyMethodList
  2. class_getInstanceMethod
  3. class_getClassMethod
  4. class_getMethodImplementation

首先定义一个类：NAPerson

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

@implementation NAPerson
- (void)sayHello {
    NSLog(@"NAPerson say : Hello!!!");
}
+ (void)sayHappy {
    NSLog(@"NAPerson say : Happy!!!");
}
@end

主方法调用如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NAPerson *person = [NAPerson alloc];
        Class pClass     = object_getClass(person);
        naObjc_copyMethodList(pClass);

        naInstanceMethod_classToMetaclass(pClass);
        naClassMethod_classToMetaclass(pClass);
        naIMP_classToMetaclass(pClass);
    }
    return 0;
}

思考以下每个方法的打印信息：

获取类的方法列表
void naObjc_copyMethodList(Class pClass) {
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(pClass, &count);
    for (unsigned int i = 0; i < count; i++) {
        Method const method = methods[I];
        //获取方法名
        NSString *key = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        NALog(@"Method, name: %@", key);
    }
    free(methods);
}

获取类的实例方法
void naInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass) {
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello));

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

获取类的类方法
void naClassMethod_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));
    
    NALog(@"%s - %p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

获取方法的实现
void naIMP_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));

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

以下是几个函数调用的打印结果:
WX20200916-173423.png
naObjc_copyMethodList函数 分析

在这个函数中，主要是获取NAPerson类中的方法列表，从实例方法存储在类中，类方法存储在元类中可以得知，NAPerson的方法列表打印结果只有sayHello方法，如果NAPerson类定义了属性该方法还会返回set/get方法。

naInstanceMethod_classToMetaclass函数 分析
  • 实例方法存在类对象中、类方法存在元类对象中
  • 实例方法就是类对象的实例方法
  • 类方法就是类元类对象的实例方法
naInstanceMethod_classToMetaclass函数 分析
  • 获取类方法就是返回元类的实例方法
  • 获取元类的类方法就是返回元类自己的实例方法 
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

Class getMeta() {
        if (isMetaClass()) return (Class)this;
        else return this->ISA();
    }
naIMP_classToMetaclass函数 分析

class_getMethodImplementation 主要是返回方法的具体实现，针对这个方法有如下官方说明

该函数在向类实例发送消息时会被调用，并返回一个指向方法实现函数的指针。这个函数会比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函数指针可能是一个指向runtime内部的函数，而不一定是方法的实际实现。如果类实例无法响应selector，则返回的函数指针将是运行时消息转发机制的一部分.

IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

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

    //查找方法实现
    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    //如果没有找到，则进行消息转发
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}

lookUpImpOrNil(id obj, SEL sel, Class cls, int behavior = 0)
{
    return lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE | LOOKUP_NIL);
}

OBJC_EXPORT void
_objc_msgForward(void /* id receiver, SEL sel, ... */ )
  • 类中能找到实例方法的实现、元类中能找到类方法的实现所以imp1和imp4能打印出对应方法的实现地址
  • 元类中不能找到实例方法的实现、类中也找不到类方法的实现，所以imp2和imp3打印出了相同的_objc_msgForward方法实现地址

八、iskindOfClass & isMemberOfClass 的理解

对应的代码如下：

BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
BOOL re3 = [(id)[NAPerson class] isKindOfClass:[NAPerson class]];       //
BOOL re4 = [(id)[NAPerson class] isMemberOfClass:[NAPerson class]];     //
NSLog(@" 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)[NAPerson alloc] isKindOfClass:[NAPerson class]];       //
BOOL re8 = [(id)[NAPerson alloc] isMemberOfClass:[NAPerson class]];     //
NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);

相关的源代码如下：

+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return self->ISA() == cls;
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

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

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

需要注意的是调用的是类方法还是实例方法
打印结果如下：1000 - 1111
理解isKindOfClass、isMemberOfClass实现的原理很重要，但更重要是能记住、并能在面试中灵活使用

在使用断点调试时我们会发现isMemberOfClass的类方法和实例方法都会调用，但是isKindOfClass的两个方法都不会调用。通过汇编调试可发现isKindOfClass的类方法和实例方法调用的都是objc_opt_isKindOfClass方法：

WX20200917-104346.png

如何使用汇编调试

objc_opt_isKindOfClass方法源码如下:

// 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);
}

调用objc_opt_isKindOfClass方法主要是因为在llvm中编译时对其进行了优化处理。
打印结果依然是：1000 - 1111

九、iOS中内省的几个方法？class方法和objc_getClass方法有什么区别？

  1. 什么是内省？
  • 在计算机科学中，内省是指计算机程序在运行时（Run time）检查对象（Object）类型的一种能力，通常也可以称作运行时类型检查。
  • 不应该将内省和反射混淆。相对于内省，反射更进一步，是指计算机程序在运行时（Run time）可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。
  1. iOS 中内省的几个方法？
  • isMemberOfClass：//对象是否是某个类型的对象
  • isKindOfClass： //对象是否是某个类型或某个类型子类的对象
  • isSubclassOfClass：//某个对象是否是另一个类型的子类
  • isAncestorOfObject：//某个类对象是否是另一个类型的父类
  • respondsToSelector：//是否能响应某个方法
  • conformsToProtocol：//是否遵循某个协议
  1. class方法和object_getClass方法有什么区别？
  • 实例class方法就直接返回object_getClass(self)
  • 类class方法直接返回self，而object_getClass(类对象)，则返回元类
    参考链接





参考文章
iOS-底层原理 09：类 & isa 经典面试题分析

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