本文主讲RunTime相关面试问题，包括数据结构、类对象与元类对象、消息传递、方法缓存、消息转发、Method-Swizzling、动态添加方法、动态方法解析。
一、类对象与元类对象
1) objc_object
实际使用所有对象都是id类型, id对象代表就是objc_object结构体.
id = objc_object 分为以下几部分:
- isa_t
- 关于isa操作相关(如:获取isa所指向的类对象 或者 通过类对象isa获取它元类对象一些便利方法)
- 弱引用相关 (如:标记一个对象是否标记过弱引用指针)
- 关联对象相关(如: 这个对象设置关联属性)
- 内存管理相关 (如:MRC retain release , ARC @autoreleasepool)
2) objc_class
Class = objc_class
objc_class 继承自 objc_object, 所以Class也是一个对象
-
ClasssuperClass (指向父类对象) -
cache_tcache (方法缓存结构, 进行消息传递会使用这个数据结构) -
class_data_bits_tbits (类定义的变量 属性和方法都在这个结构中)
3) isa指针
共用体 isa_t (问题:isa指针是什么含义?)
- 在32位或64位架构下，都是32或者64个0或者1的二进制数字 ,isa指针分为指针形isa和非指针形isa
- 指针型isa的
值代表Class的地址 - 非指针型isa的
值的部分代表Class的地址
4) isa指针的指向
- 关于
对象，其指向类对象 - 关于
类对象，其指向元类对象 -
元类对象的isa指针都指向根元类对象，而根元类对象对象的isa指针指向根类对象。
方法调用时,调用实例方法实际上通过isa指针到类对象中进行方法查找.
如果调用类方法, 通过类对象isa这种到元类对象中进行方法查找.
5) cache_t
cache_t 特点:
- 用于
快速查找方法执行函数 (提高消息传递速度) - 是可
增量扩展的哈希表结构 (提高查找效率) - 是
局部性原理的最佳应用
cache_t 理解为一个数组实现的, 里边存储 bucket_t结构体, bucket_t有两个成员变量. key对应OC中 @selector , IMP理解为无类型函数指针. 调用方法时使用SEL, 通过方法选择器名称来寻找具体实现IMP.
6)class_data_bits_t
-
class_data_bits_t主要是对class_rw_t的封装 -
class_rw_t代表类相关的读写信息, 对class_ro_t的封装 -
class_ro_t代表类相关的只读信息
7) class_rw_t
为一个类添加分类中的协议 属性 方法都在protocols properties methods 这三个结构中.这三个数据结构是一个二维数组(list_array_tt)
8) class_ro_t
class_ro_t 中一维数组 ivars protocols properties methodList 存储的原始类定义添加的成员变量 协议 属性和方法列表
二、runtime整体数据结构
1) method_t
method_t结构体封装了函数四要素，其中名称通过SEL方法选择器表示，返回值和参数则由“Type Encodings”类型的字符串表示，函数体则指代了IMP函数指针。
更多关于Type Encodings
2)runtime整体数据结构
三 实例对象、类对象、元类对象
-
类对象存储实例方法列表等信息 的数据结构 -
元类对象存储类方法列表等信息 的数据结构.
关于类对象的isa指针指向可以用下图表示：
- Root class 是根类,分类父类指向nil, 实际指 NSObject这个类
- 左侧部分指实例对象, 也就是objc_object这个数据结构,实例isa指向实例对象的类对象
- 右侧部分指元类对象, 任何元类对象isa指针指向根元类对象,根元类对象自身isa指针指向根元类对象.根元类对象superclass指针指向根类对象
- 当调用类方法从元类对象方法列表中逐级父类往上查找 , 查找到根元类对象(Root class meta)找不到时, 就会去根类(Root class class)对象中查找同名的实例方法实现.
问题:类对象和元类对象有什么区别和联系?
答:
- 实例对象可以通过isa指针找到它的类对象
- 类对象存储实例方法列表等信息,类对象可以通过它的isa指针找到它的元类对象,从而可以访问类方法列表等信息.
- 类对象和元类对象都是objc_class数据结构,objc_class数据结构由于继承objc_object,所以类对象和元类对象才有isa指针.进而实例对象可以通过isa指针找到对应类对象,访问实例方法列表等信息, 类对象通过isa指针找到元类对象,访问类方法列表等信息.
问题:如果调用类方法没有对应的实现, 当时有同名的实例方法实现, 这个时候会不会发生崩溃?会不会产生实际调用?
答: 由于根元类对象的superclass指针指向了根类对象, 当查找到根元类对象(Root class meta)类方法找不到时, 就会去根类(Root class class)对象中查找同名的实例方法实现,如果找到调用.
四、消息传递机制
1) 消息传递流程
可以用下图展示消息传递的流程：
注意：在消息缓存中查找是通过哈希表来快速定位函数指针，而在当前类方法列表中查找时，对于已经排序好的列表使用二分查找，而对于没有排序的列表采用一般遍历查找法。
2) 缓存查找
例 ：给定值是SEL, 目标值是对应的bucket_t中的IMP.
问题:缓存查找具体的是怎样的流程和步骤?
答:缓存查找实际上就是从 cache_t中 把对应bucket_t找出来.
根据给定的方法选择器,通过一个函数来映射出bucket_t在数组中映射的位置, 实际上就是哈希查找. 哈希查找通过给定的值, 经过哈希函数算法算出的值, 实际为给定值在数组中的索引位置.
3)当前类中查找
- 对于
已排序好的列表, 采用二分查找算法查找方法对应执行函数. - 对于
没有排序的列表, 采用一般遍历查找方法对应执行函数.
4)父类逐级查找
问题: 消息传递机制?
答:
1)缓存是否命中, 当前类方法列表是否命中, 逐级父类方法列表是否命中
2)根据三个方面分别讲述具体情况
五、消息转发流程
resolvelnstanceMethod方法中为对象动态添加方法，已达到处理消息未被实现的问题。
当objc_msgSend方法调用找不到响应的函数名称时就会进行消息转发，主要分为3步:
1、动态方法解析
调用方法+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel(实例方法动态解析)和+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel(类方法动态解析)。
2、备援接收者
调用方法 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
3、完全转发
调用方法- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector和- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
六、Method-Swizzling
+ (void)load{
//获取test方法
Method test = class_getInstanceMethod(self, @selector(test));
//获取otherTest方法
Method otherTest = class_getInstanceMethod(self, @selector(otherTest));
//交换两个方法
method_exchangeImplementations(test, otherTest);
}
- (void)test{
NSLog(@"test");
}
- (void)otherTest{
//实际上是调用test具体实现
[self otherTest];
NSLog(@"otherTest");
}
七、动态添加方法
问题:是否使用过performSelector: 方法?
答:
void testImp (void) {
NSLog(@"test invoke");
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
// 如果是test方法 打印日志
if (sel == @selector(test)) {
NSLog(@"resolveInstanceMethod:");
// 动态添加test方法的实现
class_addMethod(self, @selector(test), testImp, "v@:");
//解决了实例方法调用 返回YES
return YES;
}else{
// 返回父类的默认调用
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
}
八、动态方法解析
@dynamic (问题:是否使用过@dynamic 关键字?)
- 动态运行时语言将函数决议推迟到运行时
(当把属性标识为@dynamic时, 代表着不需要编译器在编译时为属性生成get方法和set方法的具体实现,而是在运行时具体调用get方法或者set方法时,再去添加具体实现) - 编译时语言在编译期进行函数决议
(在编译期就确定了方法函数体是哪个, 具体运行过程中不能修改)
Runtime面试问题总结：
问题: [obj foo] 和 objc_msgSend()函数之间有什么关系?
答: 实际上消息传递, 在编译期处理过程后, [obj foo] 就转变成了objc_magSend(obj, @selector(foo)) , 之后开始runtime消息传递过程
问题:runtime如何通过Selector找到对应的IMP地址的?
答:考察消息传递机制.
- 首先查找当前实例所对应类对象的缓存是否有Selector对应缓存的IMP实现, 如果缓存命中了,就把命中缓存函数返回给调用方.
- 如果缓存没有命中,根据当前类方法列表查找Selector对应的IMP实现
- 如果当前类没有命中, 在根据当前类superclass指针逐级查找父类方法列表,然后查找Selector对应的IMP实现.
问题:能否向编译后的类中添加实例变量?
答:(两个点 编译后的类,还是动态添加的类?)
不能.
由于runtime是支持在运行时动态添加类, 编译之前创建的类,已经完成了实例变量的布局, runtime数据结构中 class_ro_t 编译后没有办法修改的.
问题:能否向动态添加的类中添加实例变量?
答:可以. 动态添加的类调用注册类方法前,完成实例变量的添加是可以实现的.
