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://img.haomeiwen.com/i3266195/
  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)