一道值得思考的iOS面試題
前言
最近在群裡看到有人發的一道面試題，題目如下:
@interface Spark : NSObject
@property(nonatomic,copy) NSString *name;
@end
@implementation Spark
- (void)speak {
NSLog(@"My name is:%@",self.name);
}
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
id cls = [Spark class];
void *obj = &cls;
[(__bridge id)obj speak];
}
複製程式碼 問題:上述程式碼執行起來會:Complie error?|Runtime crash?|NSLog ?
最終問題就是這段程式碼的執行結果。
過程
第一眼看這個問題，我直接就想說，這個東西啊，肯定是編譯報錯了、要不就是崩潰啊
所以我就跟著寫了些程式碼，結果發現:
WTF? 怎麼能執行，而且結果竟然還是
相信當你看到這個結果的時候會和我一樣吃驚，不和邏輯啊，怎麼竟然能執行成功並且還打印出來當前controller了，不符合常理啊。
解析
對於計算機而言，不存在什麼魔法，如果一段程式碼能執行必然存在它的原理。
我們需要做的就是分析為什麼能成功。
- 為什麼呼叫不崩潰 我們需要了解，
cls的意思。
cls在C語言裡，就是一個指標，這個指標的內容指向Spark類
當我們通過void *obj = &cls;這個語句執行後，獲取的就是一個指向這個指標cls的指標
事實上在這一步操作實現後，obj 這個指標就已經具有Object-c物件的功能了，為什麼呢？接下來我們可以看看runtime實現原理了，這裡我只說一點
//物件
struct objc_object {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
//類
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法列表
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法
struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}
複製程式碼 引自: iOS Runtime詳解-簡書
可以看到objc_object這個物件的首欄位是isa 指向一個Class
也就是說，我們如果有一個指向Class的地址的指標，相當於這個物件就已經可以使用了，只是像他的成員變數等等的一系列值都還沒有被初始化。
所以接下來用(__bridge id)obj，呼叫是不會產生問題的
- 為什麼能打印出ViewController物件?
這個問題就是由兩個小部分組成的
1. name 這個屬性是什麼時候賦的值?
2. ViewController 這個物件是什麼時候被傳入的？
複製程式碼首先我們需要先了解一下，一個類物件的資料是如何儲存的。
這裡我就按照上文一樣引用很多的論證了，我們自己來探究
該上程式碼了:
@interface Cls : NSObject
@property(nonatomic,strong) NSString *test;
@property(nonatomic,strong) NSString *test1;
@end
@implementation Cls
- (void)printPrinter {
NSLog(@"self:%p",self);
NSLog(@"self.test:%p",&_test);
NSLog(@"self.test1:%p",&_test1);
}
@end
複製程式碼接下來呼叫printPrinter,列印一下物件指標地址:
可以發現，指標偏移量成員變數和指標首地址差8個位元組，每個成員變數與上一個成員變數偏移量也是8個位元組。
完成到這一步，我們仍然沒有發現上述兩個問題是應該怎麼解釋。但是我們知道了，一個Object-C 物件的指標，和它的成員變數的指標肯定是連續的。這就為接下來我們的分析提供了一些思路。
下一步，我在原本的題目中增加一行程式碼:
[super viewDidLoad];
NSString *str = @"11111";
id cls = [Spark class];
複製程式碼為啥要增加這行程式碼呢，這步是經過深(瞎)思(J)熟(B)慮(試)，主要是考慮到函式內部的引數生成必然會需要地方儲存，但這部分儲存地址，我們是不知曉的，它的實現是被系統隱藏的。而我們的程式碼又沒有明顯的設定相關程式碼，那麼必然是由這些條件實現的。所以當我們增加了這一行程式碼後，不出意外的，列印結果變了
2018-11-29 20:49:39.254021+0800 test[1961:92498] My name is:11111
變成了 我們 上述的值，這一切都和猜想的差不多
於是一個基本設想就出來了:
因為棧上的地址結構和原本類的需求地址結構高度重合了，同時所有地址都能訪問到對應的值。我們通過棧的預設行為生成了一個Spark物件!
為了驗證，我們列印一下cls和str的指標堆疊地址
NSLog(@"cls address:%p str address:%p",&cls,&str);
複製程式碼2018-11-29 21:03:30.490989+0800 test[2129:122769] cls address:0x7ffeebf4fa00 str address:0x7ffeebf4fa08
我們可以看到他們之間相差也正好是8，而且正好和物件結構體定義的一模一樣。所以這也正好能說明我們上述的列印結果My name is:11111為什麼會發生。
注:這個存在的原因是因為函式內部變數採用的小端模式，也就是將引數地址由棧區從高地址依次向低地址分配，所以我們列印cls地址會比str要小。
由此，第一個小問題就解決了，答案是因為我們在生成堆疊引數的時候，拼湊出了Spark物件的地址資料結構格式，和真正的物件地址資料結構一樣，所以self.name就是在生成cls的那一刻起記憶體地址就已經被賦值了。
接下來到下一個問題了ViewController 是什麼時候傳入的?
在這一步裡我們只能把目光向cls物件生成前執行的操作來看，[super viewDidLoad];我們只執行了這一步操作，那必然是這個操作產生的結果。為了驗證，我們可以更改一下呼叫順序
id cls = [Cls class];
[super viewDidLoad];
複製程式碼當我們進行這部操作後，會發現，執行speak方法時崩潰了，錯誤是EXC_BAC_ACCESS，說明是我們引用野指標了。
由此也可以證實，[super viewDidLoad];肯定做了一些騷操作，將ViewController的self壓入了棧區。
接下來我們就需要探究究竟做了什麼操作，我們可以用如下的命令列程式碼將ViewController.m重寫成c++程式碼，然後觀看發生了什麼。
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ViewController.m -o ViewController.cpp
複製程式碼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"));
複製程式碼我們可以發現原本這個方法裡面會傳入兩個引數一個是self,一個是_cmd，當我們呼叫[super viewDidLoad]時，執行的方法中傳入了引數self，由此將self做為一個值壓入了棧中，但是_cmd這個引數並未被使用，因此，沒有被壓入棧中。
至此，這個問題已經被解釋出來了。
答案
所有NSObject物件的首地址都是指向這個物件的所屬類。這個條件是充要條件。反過來說，如果一個地址指向某個類，我們就可以把這個地址當成物件去用。所以編譯是會通過的，也不會報unrecognized selector的錯誤。
列印結果會是ViewController物件的原因是因為cls在棧上的資料結構符合了它作為真實的類時候的資料結構，cls.name原本地址正好是棧上ViewController物件地址，因此NSLog能打印出<ViewController >
思索
這類問題，考察的東西很深，並且結合了很多知識點。但是當我們拿到面試題並且能進行思索的時候一定要好好的考慮，我對這道題的想法，也是在不斷的試驗中逐漸的完善，並且嘗試了很多。其實找面試題為什麼是這個答案的過程和，找程式碼找bug的流程都是類似的，都是排除變數，逐步探索，最終將探索過程和概念結合。
備註
也許答案不是很專業，希望大家如果有更專業的答案，可以告訴我。順便同步推廣自己的部落格:www.wdtechnology.club/
謝謝您的閱讀
本文同步發行於本人部落格 未經授權不得隨意使用