iOS - Runtime 之面试题详解一
序言
现在面试越来越多的被问到runtime，虽然在实际开发中运用较少。但是就是因为运用较少，大有用处并且理论性比较强，所以深受面试官的喜爱，现在整理经常被问到的有关runtime 的面试题。
一. 会被问到的有关runtime 面试题
- runtime 怎么添加属性，方法等
- runtime 如何实现 weak 属性
- runtime 如何通过selector 找到对应的 IMP 地址？（分别考虑类方法和实例方法）
- 使用 runtime Associate 方法关联的对象，需要在主对象 dealloc 的时候释放吗？
- _objc_msgForward 函数是做什么的？直接调用它将会发生什么？
- 能否向编译后得到的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类中添加实例变量？为什么？
- 简述下Objective-C中调用方法的过程（runtime）
- 什么是method swizzling（俗称黑魔法）
二. 解析
2.1 runtime 怎么添加属性，方法等
- ivar - 表示成员变量
- class_addIvar - 添加一个成员变量
NSUInteger size;
NSUInteger alignment;
NSGetSizeAndAlignment("*", &size, &alignment);
class_addIvar(kclass, "expression", size, alignment, "*");
- class_addMethod - 添加成员方法
class_addMethod(kclass, @selector(setExpressionFormula:), (IMP)setExpressionFormula, "v@:@");
class_addMethod(kclass, @selector(getExpressionFormula), (IMP)getExpressionFormula, "@@:");
static void setExpressionFormula(id self, SEL cmd, id value) {
NSLog(@"call setExpressionFormula");
}
static void getExpressionFormula(id self, SEL cmd) {
NSLog(@"call getExpressionFormula");
}
- class_addProperty - 添加属性
- class_addProtocol - 添加协议
- class_replaceProperty - 替换类的属性
参考资料
Runtime消息机制,交换方法,动态添加方法，分类添加属性
iOS 运行时添加属性和方法
ios动态添加属性的几种方法
2.2 runtime 如何实现 weak 属性
- 首先要搞清楚weak属性的特点
weak策略表明该属性定义了一种“非拥有关系” (nonowning relationship)。为这种属性设置新值时，设置方法既不保留新值，也不释放旧值。此特质同assign类似;然而在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会清空(nil out)。
- 那么runtime如何实现weak变量的自动置nil？
runtime对注册的类，会进行布局，会将 weak 对象放入一个 hash 表中。用 weak 指向的对象内存地址作为 key，当此对象的引用计数为0的时候会调用对象的 dealloc 方法，假设 weak 指向的对象内存地址是a，那么就会以a为key，在这个 weak hash表中搜索，找到所有以a为key的 weak 对象，从而设置为 nil。
- weak属性需要在dealloc中置nil么
在ARC环境无论是强指针还是弱指针都无需在 dealloc 设置为 nil ， ARC 会自动帮我们处理。即便是编译器不帮我们做这些，weak也不需要在dealloc中置nil，在属性所指的对象遭到摧毁时，属性值也会清空。
2.3 runtime如何通过selector找到对应的IMP地址？（分别考虑类方法和实例方法）
每一个类对象中都一个对象方法列表（对象方法缓存
- 类方法列表是存放在类对象中isa指针指向的元类对象中（类方法缓存）。
- 方法列表中每个方法结构体中记录着方法的名称,方法实现,以及参数类型，其实selector本质就是方法名称,通过这个方法名称就可以在方法列表中找到对应的方法实现。
- 当我们发送一个消息给一个NSObject对象时，这条消息会在对象的类对象方法列表里查找。
- 当我们发送一个消息给一个类时，这条消息会在类的Meta Class对象的方法列表里查找。
2.4 使用runtime Associate方法关联的对象，需要在主对象dealloc的时候释放么？
无论在MRC下还是ARC下均不需要，被关联的对象在生命周期内要比对象本身释放的晚很多，它们会在被 NSObject -dealloc 调用的object_dispose()方法中释放。
补充：对象的内存销毁时间表，分四个步骤
1、调用 -release ：引用计数变为零
对象正在被销毁，生命周期即将结束.
不能再有新的 __weak 弱引用，否则将指向 nil.
调用 [self dealloc]
2、 父类调用 -dealloc
继承关系中最直接继承的父类再调用 -dealloc
如果是 MRC 代码 则会手动释放实例变量们（iVars）
继承关系中每一层的父类 都再调用 -dealloc
>3、NSObject 调 -dealloc
只做一件事：调用 Objective-C runtime 中object_dispose() 方法
>4. 调用 object_dispose()
为 C++ 的实例变量们（iVars）调用 destructors
为 ARC 状态下的 实例变量们（iVars） 调用 -release
解除所有使用 runtime Associate方法关联的对象
解除所有 __weak 引用
调用 free()
2.5 _objc_msgForward函数是做什么的？直接调用它将会发生什么？
_objc_msgForward是IMP类型，用于消息转发的：当向一个对象发送一条消息，但它并没有实现的时候，_objc_msgForward会尝试做消息转发，直接调用_objc_msgForward是非常危险的事，这是把双刃刀，如果用不好会直接导致程序Crash，但是如果用得好，能做很多非常酷的事。
JSPatch就是直接调用_objc_msgForward来实现其核心功能的
2.6 能否向编译后得到的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类中添加实例变量？为什么？
不能向编译后得到的类中增加实例变量；
分析：因为编译后的类已经注册在runtime中，类结构体中的objc_ivar_list 实例变量的链表和instance_size实例变量的内存大小已经确定，同时runtime 会调用class_setIvarLayout 或 class_setWeakIvarLayout来处理strong weak引用，所以不能向存在的类中添加实例变量。
能向运行时创建的类中添加实例变量；
分析：运行时创建的类是可以添加实例变量，调用 class_addIvar函数，但是得在调用objc_allocateClassPair之后，objc_registerClassPair之前，原因同上。
2.7 简述下Objective-C中调用方法的过程（runtime）
Objective-C是动态语言，每个方法在运行时会被动态转为消息发送，即：objc_msgSend(receiver, selector)，整个过程介绍如下：
* objc在向一个对象发送消息时，runtime库会根据对象的isa指针找到该对象实际所属的类
* 然后在该类中的方法列表以及其父类方法列表中寻找方法运行
* 如果，在最顶层的父类（一般也就NSObject）中依然找不到相应的方法时，程序在运行时会挂掉并抛出异常unrecognized selector sent to XXX
* 但是在这之前，objc的运行时会给出三次拯救程序崩溃的机会，这三次拯救程序奔溃的说明见问题《什么时候会报unrecognized selector的异常》中的说明。
- 补充说明：Runtime 铸就了Objective-C 是动态语言的特性，使得C语言具备了面向对象的特性，在程序运行期创建，检查，修改类、对象及其对应的方法，这些操作都可以使用runtime中的对应方法实现。
2.8 什么是method swizzling（俗称黑魔法）
简单说就是进行方法交换
-
在Objective-C中调用一个方法，其实是向一个对象发送消息，查找消息的唯一依据是selector的名字。利用Objective-C的动态特性，可以实现在运行时偷换selector对应的方法实现，达到给方法挂钩的目的。
-
每个类都有一个方法列表，存放着方法的名字和方法实现的映射关系，selector的本质其实就是方法名，IMP有点类似函数指针，指向具体的Method实现，通过selector就可以找到对应的IMP。
method_swizzling.png
- 交换方法的几种实现方式
- 利用 method_exchangeImplementations 交换两个方法的实现
- 利用 class_replaceMethod 替换方法的实现
- 利用 method_setImplementation 来直接设置某个方法的IMP
method_swiling.png
三. 实战（项目运用 runtime）
3.1 消息机制
- 方法调用底层实现
NSObject *objc = objc_msgSend([NSObject class],@selector(alloc));
objc = objc_msgSend(objc,@selector(init));
- 不要随便使用，不得已才使用
消息机制:
作用：调用已知私有方法，如调用没有在.h文件申明但是在.m文件实现了的方法
用runtime调用私有方法：方法编号后面开始,依次就是传入给方法的参数
objc_msgSend(p, @selector(run: str:),20,@"haha");
objc_msgSend(p, @selector(eat));
// [p eat] => objc_msgSend(p, @selector(eat));
- 对象如何找到对应的方法去调用
-
方法保存到什么地方?
对象方法保存到类中,类方法保存到元类(meta class)，每一个类都有方法列表methodList。 -
明确去哪个类中调用？
通过isa指针
1.根据对象的isa去对应的类查找方法,isa:判断去哪个类查找对应的方法 指向方法调用的类。
2.根据传入的方法编号SEL，里面有个哈希列表，在列表中找到对应方法Method(方法名)。
3.根据方法名(函数入口)找到函数实现，函数实现在方法区。
3.2 交换方法
需求:有个项目,已经开发有段时间,之前都是使用UIImage去加载图片,现想要在调用imageNamed,就给提示,是否加载成功。
法一：自定义UIImage类，缺点：每次用要导入自己的类。
法二：UIImage分类扩充一个这样方法，缺点：需要导入，无法写super和self，会干掉系统方法，解决：给系统方法加个前缀，与系统方法区分，如：xmg_imageNamed。
法三：交互方法实现，步骤： 1.提供分类 2.写一个有这样功能方法 3.用系统方法与这个功能方法交互实现，在+load方法中实现。
注意:在分类一定不要重写系统方法,就直接把系统方法干掉，如果真的想重写，在系统方法前面加前缀，方法里面去调用系统方法。
思想:什么时候需要自定义,系统功能不完善,就自定义一个这样类,去扩展这个类
法三代码实现如下：
#import "UIImage+Image.h"
#import <objc/message.h>
@implementation UIImage (Image)
// 加载类的时候调用,肯定只会调用一次
+(void)load
{
// 交互方法实现xmg_imageNamed,imageNamed
/**
获取类方法名
@param Class cls,#> 获取哪个类方法 description#>
@param SEL name#> 方法编号 description#>
@return 返回Method(方法名)
class_getClassMethod(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#SEL name#>)
*/
/**
获取对象方法名
@param Class cls,#> 获取哪个对象方法 description#>
@param SEL name#> 方法编号 description#>
@return 返回Method(方法名)
class_getInstanceMethod(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#SEL name#>)
*/
Method imageNameMethod = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
Method xmg_imageNameMethod = class_getClassMethod(self, @selector(xmg_imageNamed:));
//用runtime对imageNameMethod和xmg_imageNameMethod方法进行交换
method_exchangeImplementations(imageNameMethod, xmg_imageNameMethod);
}
//外界调用imageNamed：方法，其实是调用下面方法，调用xmg_imageNamed就是调用imageNamed：
+ (UIImage *)xmg_imageNamed:(NSString *)name
{
//已经把xmg_imageNamed换成imageNamed，所以下面其实是调用的imageNamed：
UIImage *image = [UIImage xmg_imageNamed:name];
if (image == nil) {
NSLog(@"加载失败");
}
return image;
}
@end
2.3 动态添加方法
为什么动态添加方法? OC都是懒加载,有些方法可能很久不会调用
应用场景：电商,视频,社交,收费项目:会员机制中，只要会员才拥有这些功能
- 有没有使用过performSelector,使用,什么时候使用?动态添加方法的时候使用? 为什么动态添加方法
// 默认OC方法都有两个默认存在的隐式参数,self(哪个类的方法),_cmd(方法编号)
void run(id self, SEL _cmd, NSNumber *metre) {
NSLog(@"跑了%@",metre);
}
- 什么时候调用？只要调用没有实现的方法 就会调用方法去解决，这里可以拿到那个未实现的方法名
// 作用:去解决没有实现方法,动态添加方法
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
class:给谁添加方法
SEL:添加哪个方法
IMP:方法实现,函数入口,函数名，如：(IMP)run，方法名run强转成IMP
type:方法类型，通过查苹果官方文档，V：void，
class_addMethod(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#SEL name#>, <#IMP imp#>, <#const char *types#>)
// [NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"eat"];
if (sel == @selector(run:)) {
// 添加方法
class_addMethod(self, sel, (IMP)run,"v@:");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
2.4 动态添加属性
- 需求:给NSObject添加一个name属性,动态添加属性 -> runtime
思考
- 给NSObject添加分类，在分类中添加属性。问题：@property在分类中作用:仅仅是生成get,set方法声明，不会生成get,set方法实现和下划线成员属性，所以要在.m文件实现setter/getter方法，用static保存下滑线属性，这样一来，当对象销毁时，属性无法销毁。
- 用runtime动态添加属性：本质是让属性与某个对象产生一段关联。
- 使用场景:给系统的类添加属性时。
#import <objc/message.h>
@implementation NSObject (Property)
//static NSString *_name; //通过这样去保存属性没法做到对象销毁，属性也销毁，static依然会让属性存在缓存池中，所以需要动态的添加成员属性
// 只要想调用runtime方法,思考:谁的事情
-(void)setName:(NSString *)name
{
// 保存name
// 动态添加属性 = 本质:让对象的某个属性与值产生关联
/*
object:保存到哪个对象中
key:用什么属性保存 属性名
value:保存值
policy:策略,strong,weak
objc_setAssociatedObject(<#id object#>, <#const void *key#>, <#id value#>, <#objc_AssociationPolicy policy#>)
*/
objc_setAssociatedObject(self, "name", name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
// _name = name;
}
- (NSString *)name
{
return objc_getAssociatedObject(self, "name");
// return _name;
}
@end
2.5 自动生成属性代码
开发中，从网络数据中解析出字典数组，将数组转为模型时，如果有几百个key需要用，要写很多@property成员属性，下面提供一个万能的方法，可直接将字典数组转为全部@property成员属性，打印出来，这样直接复制在模型中就好了。
#import "NSDictionary+PropertyCode.h"
@implementation NSDictionary (PropertyCode)
//1️⃣通过这个方法，自动将字典转成模型中需要用的属性代码
// 私有API:真实存在,但是苹果没有暴露出来,不给你。如BOOL值，不知道类型，打印得知是__NSCFBoolean，但是无法敲出来，只能用NSClassFromString(@"__NSCFBoolean")
// isKindOfClass：判断下是否是当前类或者子类，BOOL是NSNumber的子类，要先判断BOOL
- (void)createPropetyCode
{
// 模型中属性根据字典的key
// 有多少个key,生成多少个属性
NSMutableString *codes = [NSMutableString string];
// 遍历字典
[self enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull key, id _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
NSString *code = nil;
if ([value isKindOfClass:[NSString class]]) {
code = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, strong) NSString *%@;",key];
} else if ([value isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFBoolean")]){
code = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, assign) BOOL %@;",key];
} else if ([value isKindOfClass:[NSNumber class]]) {
code = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, assign) NSInteger %@;",key];
} else if ([value isKindOfClass:[NSArray class]]) {
code = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, strong) NSArray *%@;",key];
} else if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]]) {
code = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, strong) NSDictionary *%@;",key];
}
// 拼接字符串
[codes appendFormat:@"%@\n",code];
}];
NSLog(@"%@",codes);
}
2.6 KVC 字典转模型
需求：就是在开发中,通常后台会给你很多数据,但是并不是每个数据都有用,这些没有用的数据,需不需要保存到模型中
@implementation Status
+ (instancetype)statusWithDict:(NSDictionary *)dict{
// 创建模型
Status *s = [[self alloc] init];
// 字典value转模型属性保存
[s setValuesForKeysWithDictionary:dict];
// s.reposts_count = dict[@"reposts_count"];
// 4️⃣MJExtension:可以字典转模型,而且可以不用与字典中属性一一对应,runtime,遍历模型中有多少个属性,直接去字典中取出对应value,给模型赋值
// 1️⃣setValuesForKeysWithDictionary:方法底层实现：遍历字典中所有key,去模型中查找对应的属性,把值给模型属性赋值，即调用下面方法：
/*
[dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull key, id _Nonnull obj, BOOL * _Nonnull stop) {
// source
// 这行代码才是真正给模型的属性赋值
[s setValue:dict[@"source"] forKey:@"source"]; //底层实现是：
2️⃣ [s setValue:dict[@"source"] forKey:@"source"];
1.首先会去模型中查找有没有setSource方法,直接调用set方法 [s setSource:dict[@"source"]];
2.去模型中查找有没有source属性,source = dict[@"source"]
3.去米线中查找有没有_source属性,_source = dict[@"source"]
4.调用对象的 setValue:forUndefinedKey:直接报错
[s setValue:obj forKey:key];
}];
*/
return s;
}
// 3️⃣用KVC，不想让系统报错，重写系统方法思想:
// 1.想给系统方法添加功能
// 2.不想要系统实现
- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key
{
}
@end
2.7 MJExtention 的底层实现
#import "NSObject+Model.h"
#import <objc/message.h>
// class_copyPropertyList(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#unsigned int *outCount#>) 获取属性列表
@implementation NSObject (Model)
/**
字典转模型
@param dict 传入需要转模型的字典
@return 赋值好的模型
*/
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict {
id objc = [[self alloc] init];
//思路： runtime遍历模型中属性,去字典中取出对应value,在给模型中属性赋值
// 1.获取模型中所有属性 -> 保存到类
// ivar:下划线成员变量 和 Property:属性
// 获取成员变量列表
// class:获取哪个类成员变量列表
// count:成员变量总数
//这个方法得到一个装有成员变量的数组
//class_copyIvarList(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#unsigned int *outCount#>)
int count = 0;
// 成员变量数组 指向数组第0个元素
Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
// 遍历所有成员变量
for (int i = 0; i < count; i++) {
// 获取成员变量 user
Ivar ivar = ivarList[i];
// 获取成员变量名称，即将C语言的字符转为OC字符串
NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
// 获取成员变量类型，用于获取二级字典的模型名字
NSString *type = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
// 将type这样的字符串@"@\"User\"" 转成 @"User"
type = [type stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@\"" withString:@""];
type = [type stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
// 成员变量名称转换key，即去掉成员变量前面的下划线
NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
// 从字典中取出对应value dict[@"user"] -> 字典
id value = dict[key];
// 二级转换
// 并且是自定义类型,才需要转换
if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![type containsString:@"NS"]) { // 只有是字典才需要转换
Class className = NSClassFromString(type);
// 字典转模型
value = [className modelWithDict:value];
}
// 给模型中属性赋值 key:user value:字典 -> 模型
if (value) {
[objc setValue:value forKey:key];
}
}
return objc;
}
@end
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