iOS 底层探索文章汇总

Runtime是由C、C++、汇编实现的一套API，为OC语言加入了面向对象，运行时的功能
运行时(Runtime)是指将数据类型的确定由编译时推迟到了运行时
例子🌰：Extension-Category的区别
平时写的OC代码，在程序运行过程中，其实最终都会转换成Runtime的C语言代码，Runtime是Objective-C的幕后工作者

4. 方法的本质，sel是什么? IMP是什么?两者之间的关系又是什么?

方法的本质:发送消息,消息会有以下几个流程

快速查找(objc_ _msgSend) ~ cache_ _t 缓存消息
慢速查找 ~ 递归自己|父类 ~ lookUplmpOrForward
查找不到消息:动态方法解析~ resolveInstanceMethod
消息快速转发~ forwardingTargetForSelector
消息慢速转发~ methodSignatureForSelector & forwardInvocation

sel是方法编号：在read_ _images期间就编译进入了内存
imp就是我们函数实现指针，找imp就是找函数的过程
sel就相当于书本的目录tittle
imp就是书本的页码

查找具体的函数就是想看这本书里面具体篇章的内容

我们首先知道想看什么： tittle (sel)
根据目录对应的页码(imp)
翻到具体的内容(函数实现)

5. 能否向编译后的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？

不能向编译后得到的类中增加实例变量
运行时创建的类只要没注册到内存还是可以添加实例变量的

原因：我们编译好的实例变量存储的位置在ro，一旦编译完成内存结构就完全确定，无法修改。
可以添加属性+方法

6. [sel class]和[super class]的区别及原理分析

@implementation Son : Father

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([self class]));
        NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));
    }
    
    return self;
}

@end

答案：均输出Son
这个题目主要是考察关于objective-C 中对self 和super 的理解。

我们都知道: self 是方法的隐藏参数，指向当前调用方法的这个类的实例。其实super 是一个 Magic Keyword , 它本质是一个编译器标示符， $\color{green}{和 `self`指向的是同一个消息接受者!}$ 他们两个的不同点在于: super 会告诉编译器，调用class这个方法时，要去父类的方法，而不是本类里的。当使用self调用方法时，会从当前类的方法列表中开始找，如果没有，就从父类中再找;而当使用super时，则从父类的方法列表中开始找，然后调用父类的这个方法。 ------------- (看不懂，移步原文有详细介绍)

[sel class]本质是objc_msgSend
[super class]本质是objc_msgSendSuper，运行时汇编调用的方法是objc_msgSendSuper2

7. Runtime是如何实现weak的，为什么可以自动置nil

Runtime对注册的类，会进行内存布局，从一个粗粒度的概念上来讲，这时候weak 对象会放入一个 hash 表中，这是一个全局表，表中是用 weak 指向的对象内存地址作为key，用所有指向该对象的 weak 指针表(数量少为数组，数量多为表)作为value。当此对象的引用计数为 0 的时候会 dealloc，假如该对象内存地址是 address，那么就会以 address为key，在这个weak 表中搜索，找到所有以 address 为键的weak对象，从而设置为nil。参考

当我们的对象释放的时候- dealloc:

C++函数释放: object_ cxxDestruct
移除关联属性:_ object_ remove_ assocations
将弱引用自动设置nil : weak_ clear_ no_ lock(&table.weak_ table, (id)this);
引用计数处理: table.refcnts.erase(this);
销毁对象: free(obj);

8. 内存平移问题

代码如下：

LGPerson.h
@interface LGPerson : NSObject
- (void)saySomething;
@end

LGPerson.m
@implementation LGPerson
- (void)saySomething {
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

ViewController.m
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    Class cls = [LGPerson class];
    void  *kc = &cls;
    [(__bridge id)kc saySomething]; 
}

问：saySomething方法能否正常调用
答案：能

我们知道正常情况下的下的对象方法调用：

LGPerson *person = [LGPerson alloc];
[person saySomething];

而kc指针指向LGPerson类的地址和对象person的isa指向LGPerson类的地址一样，所以[(__bridge id)kc saySomething];这里也能调用对象方法。

现在修改代码：

LGPerson.h
@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *kc_name;
@property (nonatomic, copy) NSString *kc_hobby;
- (void)saySomething;
@end

LGPerson.m
@implementation LGPerson
- (void)saySomething {
    NSLog(@"%s - %@",__func__,self.kc_name);
}
@end

ViewController.m
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    Class cls = [LGPerson class];
    void  *kc = &cls;
    LGPerson *person = [LGPerson alloc];

    [(__bridge id)kc saySomething]; 
    [person saySomething];
}

问：ViewController.m的打印情况
答案：能，输出：-[LGPerson saySomething] - <ViewController: 0x7f800ef084c0>

这里主要考察self.kc_name的值，我们知道person对象的内存情况如下：

查找kc_name需要从person地址向下内存平移8个字节，并获取8个字节大小的值（person在堆中，地址由低到高）。
kc是内存中一个8字节的指针指向cls，就相当于person指针指向LGPerson的一个实例。self.kc_name是内存向高地址平移8个字节，那么cls地址+0x8存储的就是将要打印的内容。

分析cls和kc在内存中情况：

kc是当前方法中的变量，存储在当前方法的栈中。当前方法中所有的变量，方法参数都会压入这个栈中。（栈是一个先进后出的队列，内存从高地址到低地址分配，所以先压入栈的地址高）
方法的参数会从前往后依次压入栈中
每个方法都带有两个隐藏参数：id * self, SEL _cmd

viewDidLoad转为C++实现(参考：iOS 对象的本质)

static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));

    Class cls = ((Class (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("class"));
    void *kc = &cls;
    LGPerson *person = ((LGPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("alloc"));
    
    ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)(__bridgeid)kc, sel_registerName("saySomething"));
    ((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("saySomething"));
}

因此入栈的变量如下：
self-->_cmd--> cls--> kc--> person
但是[super viewDidLoad];调用时会创建一个结构体传入参数，因此这个结构体也会被压入到当前栈中：（经测试结构体中从后往前压栈）
self-->_cmd-->(id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))-->self--> cls--> kc--> person

注意：其他方法的入参是不会压入到当前栈中，上面结构体会作为一个id参数压入到objc_msgSendSuper方法的栈中
面试题6中说过objc_msgSendSuper，运行时汇编调用的方法是objc_msgSendSuper2，这个从这个方法的实现可看到是从当前类开始搜索，所以(id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))返回当前类ViewController

所以打印情况如下：

kc的地址是0x7ffeed61d0d0其指向cls：0x7ffeed61d0d8，cls内存加8个字节就是0x7ffeed61d0e0 : <ViewController: 0x7f800ef084c0>

注意：void *kc = &cls;虽然好像获取了一个LGPerson的实例，但是系统并未开辟一个LGPerson的实例的内存，所以kc指向的其实不是一个实例。

再次现在修改代码：

LGPerson.h
@interface LGPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign) int kc_name;//修改的代码
@property (nonatomic, copy) NSString *kc_hobby;
- (void)saySomething;
@end

LGPerson.m
@implementation LGPerson
- (void)saySomething {
    NSLog(@"%s - %d",__func__,self.kc_name);
}
@end

问：ViewController.m的打印情况
答：不确定的数字

现在查找kc_name需要从person地址向下内存平移8个字节，并获取4个字节大小的值，这在viewDidLoad方法栈中只能获取参数self的前4位，并将这个4位的地址指向转为一个int值。

iOS 内存对齐分析

iOS-底层探索16：面试题&内存平移

iOS-底层探索16：面试题&内存平移

目录

1. 设置关联对象后是否需要主动移除？

2. 类的方法和分类的方法重名会如何调用？

3. Runtime是什么？

4. 方法的本质，sel是什么? IMP是什么?两者之间的关系又是什么?

5. 能否向编译后的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？

6. [sel class]和[super class]的区别及原理分析

7. Runtime是如何实现weak的，为什么可以自动置nil

8. 内存平移问题