iOS面試題整理(下) 仔細研讀受益匪淺

25. `_objc_msgForward`函式是做什麼的，直接呼叫它將會發生什麼？

_objc_msgForward是 IMP 型別，用於訊息轉發的：當向一個物件傳送一條訊息，但它並沒有實現的時候，_objc_msgForward會嘗試做訊息轉發。

我們可以這樣建立一個_objc_msgForward物件：

IMP msgForwardIMP = _objc_msgForward;

在上篇中的《objc中向一個物件傳送訊息[obj foo]和objc_msgSend()函式之間有什麼關係？》曾提到objc_msgSend在“訊息傳遞”中的作用。在“訊息傳遞”過程中，objc_msgSend

的動作比較清晰：首先在 Class 中的快取查詢 IMP （沒快取則初始化快取），如果沒找到，則向父類的 Class 查詢。如果一直查詢到根類仍舊沒有實現，則用_objc_msgForward函式指標代替 IMP 。最後，執行這個 IMP 。

Objective-C執行時是開源的，所以我們可以看到它的實現。開啟 Apple Open Source 裡Mac程式碼裡的obj包下載一個最新版本，找到 objc-runtime-new.mm，進入之後搜尋_objc_msgForward。

裡面有對_objc_msgForward的功能解釋：

/*********************************************************************** 

* lookUpImpOrForward.
* The standard IMP lookup. 
* initialize==NO tries to avoid +initialize (but sometimes fails)
* cache==NO skips optimistic unlocked lookup (but uses cache elsewhere)
* Most callers should use initialize==YES and cache==YES.
* inst is an instance of cls or a subclass thereof, or nil if none is known.  

*   If cls is an un-initialized metaclass then a non-nil inst is faster.
* May return _objc_msgForward_impcache. IMPs destined for external use 
*   must be converted to _objc_msgForward or _objc_msgForward_stret.
*   If you don't want forwarding at all, use lookUpImpOrNil() instead.
**********************************************************************/

對 objc-runtime-new.mm檔案裡與_objc_msgForward有關的三個函式使用虛擬碼展示下：

//  objc-runtime-new.mm 檔案裡與 _objc_msgForward 有關的三個函式使用虛擬碼展示
//  Created by https://github.com/ChenYilong
//  Copyright (c)  微博@iOS程式犭袁(http://weibo.com/luohanchenyilong/). All rights reserved.
//  同時，這也是 obj_msgSend 的實現過程

id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
    if (!self) return nil;
    IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
    imp(self, op, ...); //呼叫這個函式，虛擬碼...
}

//查詢IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls || !sel) return nil;
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    if (!imp) return _objc_msgForward; //_objc_msgForward 用於訊息轉發
    return imp;
}

IMP lookUpImpOrNil(Class cls, SEL sel) {
    if (!cls->initialize()) {
        _class_initialize(cls);
    }

    Class curClass = cls;
    IMP imp = nil;
    do { //先查快取,快取沒有時重建,仍舊沒有則向父類查詢
        if (!curClass) break;
        if (!curClass->cache) fill_cache(cls, curClass);
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (imp) break;
    } while (curClass = curClass->superclass);

    return imp;
}

雖然Apple沒有公開_objc_msgForward的實現原始碼，但是我們還是能得出結論：

_objc_msgForward是一個函式指標（和 IMP 的型別一樣），是用於訊息轉發的：當向一個物件傳送一條訊息，但它並沒有實現的時候，_objc_msgForward會嘗試做訊息轉發。

在上篇中的《objc中向一個物件傳送訊息[obj foo]和objc_msgSend()函式之間有什麼關係？》曾提到objc_msgSend在“訊息傳遞”中的作用。在“訊息傳遞”過程中，objc_msgSend的動作比較清晰：首先在 Class 中的快取查詢 IMP （沒快取則初始化快取），如果沒找到，則向父類的 Class 查詢。如果一直查詢到根類仍舊沒有實現，則用_objc_msgForward函式指標代替 IMP 。最後，執行這個 IMP 。

為了展示訊息轉發的具體動作，這裡嘗試向一個物件傳送一條錯誤的訊息，並檢視一下_objc_msgForward是如何進行轉發的。

首先開啟除錯模式、打印出所有執行時傳送的訊息：可以在程式碼裡執行下面的方法：

(void)instrumentObjcMessageSends(YES);

或者斷點暫停程式執行，並在 gdb 中輸入下面的命令：

call (void)instrumentObjcMessageSends(YES)

以第二種為例，操作如下所示：

之後，執行時傳送的所有訊息都會列印到/tmp/msgSend-xxxx檔案裡了。

終端中輸入命令前往：

open /private/tmp

可能看到有多條，找到最新生成的，雙擊開啟

//
//  main.m
//  CYLObjcMsgForwardTest
//
//  Created by http://weibo.com/luohanchenyilong/.
//  Copyright (c) 2015年 微博@iOS程式犭袁. All rights reserved.
//

#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
#import "CYLTest.h"

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        CYLTest *test = [[CYLTest alloc] init];
        [test performSelector:(@selector(iOS程式犭袁))];
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

你可以在/tmp/msgSend-xxxx（我這一次是/tmp/msgSend-9805）檔案裡，看到打印出來：

+ CYLTest NSObject initialize
+ CYLTest NSObject alloc
- CYLTest NSObject init
- CYLTest NSObject performSelector:
+ CYLTest NSObject resolveInstanceMethod:
+ CYLTest NSObject resolveInstanceMethod:
- CYLTest NSObject forwardingTargetForSelector:
- CYLTest NSObject forwardingTargetForSelector:
- CYLTest NSObject methodSignatureForSelector:
- CYLTest NSObject methodSignatureForSelector:
- CYLTest NSObject class
- CYLTest NSObject doesNotRecognizeSelector:
- CYLTest NSObject doesNotRecognizeSelector:
- CYLTest NSObject class

結合《NSObject官方文件》，排除掉 NSObject 做的事，剩下的就是_objc_msgForward訊息轉發做的幾件事：

呼叫resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。允許使用者在此時為該 Class 動態新增實現。如果有實現了，則呼叫並返回YES，那麼重新開始objc_msgSend流程。這一次物件會響應這個選擇器，一般是因為它已經呼叫過class_addMethod。如果仍沒實現，繼續下面的動作。
呼叫forwardingTargetForSelector:方法，嘗試找到一個能響應該訊息的物件。如果獲取到，則直接把訊息轉發給它，返回非 nil 物件。否則返回 nil ，繼續下面的動作。注意，這裡不要返回 self ，否則會形成死迴圈。
呼叫methodSignatureForSelector:方法，嘗試獲得一個方法簽名。如果獲取不到，則直接呼叫doesNotRecognizeSelector丟擲異常。如果能獲取，則返回非nil：建立一個 NSlnvocation 並傳給forwardInvocation:。
呼叫forwardInvocation:方法，將第3步獲取到的方法簽名包裝成 Invocation 傳入，如何處理就在這裡面了，並返回非ni。
呼叫doesNotRecognizeSelector: ，預設的實現是丟擲異常。如果第3步沒能獲得一個方法簽名，執行該步驟。

上面前4個方法均是模板方法，開發者可以override，由 runtime 來呼叫。最常見的實現訊息轉發：就是重寫方法3和4，吞掉一個訊息或者代理給其他物件都是沒問題的

也就是說_objc_msgForward在進行訊息轉發的過程中會涉及以下這幾個方法：

resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。
forwardingTargetForSelector:方法
methodSignatureForSelector:方法
forwardInvocation:方法
doesNotRecognizeSelector: 方法

為了能更清晰地理解這些方法的作用，git倉庫裡也給出了一個Demo，名稱叫“ _objc_msgForward_demo ”,可執行起來看看。

下面回答下第二個問題“直接_objc_msgForward呼叫它將會發生什麼？”

直接呼叫_objc_msgForward是非常危險的事，如果用不好會直接導致程式Crash，但是如果用得好，能做很多非常酷的事。

就好像跑酷，幹得好，叫“耍酷”，幹不好就叫“作死”。

正如前文所說：

_objc_msgForward是 IMP 型別，用於訊息轉發的：當向一個物件傳送一條訊息，但它並沒有實現的時候，_objc_msgForward會嘗試做訊息轉發。

如何呼叫_objc_msgForward？ _objc_msgForward隸屬 C 語言，有三個引數：

--	`_objc_msgForward`引數	型別
1.	所屬物件	id型別
2.	方法名	SEL型別
3.	可變引數	可變引數型別

首先了解下如何呼叫 IMP 型別的方法，IMP型別是如下格式：

為了直觀，我們可以通過如下方式定義一個 IMP型別：

typedef void (*voidIMP)(id, SEL, ...)

一旦呼叫_objc_msgForward，將跳過查詢 IMP 的過程，直接觸發“訊息轉發”，

如果呼叫了_objc_msgForward，即使這個物件確實已經實現了這個方法，你也會告訴objc_msgSend：

“我沒有在這個物件裡找到這個方法的實現”

想象下objc_msgSend會怎麼做？通常情況下，下面這張圖就是你正常走objc_msgSend過程，和直接呼叫_objc_msgForward的前後差別：

有哪些場景需要直接呼叫_objc_msgForward？最常見的場景是：你想獲取某方法所對應的NSInvocation物件。舉例說明：

JSPatch （Github 連結）就是直接呼叫_objc_msgForward來實現其核心功能的：

JSPatch 以小巧的體積做到了讓JS呼叫/替換任意OC方法，讓iOS APP具備熱更新的能力。

作者的博文《JSPatch實現原理詳解》詳細記錄了實現原理，有興趣可以看下。

26. runtime如何實現weak變數的自動置nil？

runtime 對註冊的類，會進行佈局，對於 weak 物件會放入一個 hash 表中。用 weak 指向的物件記憶體地址作為 key，當此物件的引用計數為0的時候會 dealloc，假如 weak 指向的物件記憶體地址是a，那麼就會以a為鍵，在這個 weak 表中搜索，找到所有以a為鍵的 weak 物件，從而設定為 nil。

在上篇中的《runtime 如何實現 weak 屬性》有論述。（注：在上篇的《使用runtime Associate方法關聯的物件，需要在主物件dealloc的時候釋放麼？》裡給出的“物件的記憶體銷燬時間表”也提到__weak引用的解除時間。）

我們可以設計一個函式（虛擬碼）來表示上述機制：

objc_storeWeak(&a, b)函式：

objc_storeWeak函式把第二個引數--賦值物件（b）的記憶體地址作為鍵值key，將第一個引數--weak修飾的屬性變數（a）的記憶體地址（&a）作為value，註冊到 weak 表中。如果第二個引數（b）為0（nil），那麼把變數（a）的記憶體地址（&a）從weak表中刪除，

你可以把objc_storeWeak(&a, b)理解為：objc_storeWeak(value, key)，並且當key變nil，將value置nil。

在b非nil時，a和b指向同一個記憶體地址，在b變nil時，a變nil。此時向a傳送訊息不會崩潰：在Objective-C中向nil傳送訊息是安全的。

而如果a是由assign修飾的，則：在b非nil時，a和b指向同一個記憶體地址，在b變nil時，a還是指向該記憶體地址，變野指標。此時向a傳送訊息極易崩潰。

下面我們將基於objc_storeWeak(&a, b)函式，使用虛擬碼模擬“runtime如何實現weak屬性”：

// 使用虛擬碼模擬：runtime如何實現weak屬性
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong

 id obj1;
 objc_initWeak(&obj1, obj);
/*obj引用計數變為0，變數作用域結束*/
 objc_destroyWeak(&obj1);

下面對用到的兩個方法objc_initWeak和objc_destroyWeak做下解釋：

總體說來，作用是：通過objc_initWeak函式初始化“附有weak修飾符的變數（obj1）”，在變數作用域結束時通過objc_destoryWeak函式釋放該變數（obj1）。

下面分別介紹下方法的內部實現：

objc_initWeak函式的實現是這樣的：在將“附有weak修飾符的變數（obj1）”初始化為0（nil）後，會將“賦值物件”（obj）作為引數，呼叫objc_storeWeak函式。

obj1 = 0；
obj_storeWeak(&obj1, obj);

也就是說：

weak 修飾的指標預設值是 nil （在Objective-C中向nil傳送訊息是安全的）

然後obj_destroyWeak函式將0（nil）作為引數，呼叫objc_storeWeak函式。

objc_storeWeak(&obj1, 0);

前面的原始碼與下列原始碼相同。

// 使用虛擬碼模擬：runtime如何實現weak屬性
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong

id obj1;
obj1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);
/* ... obj的引用計數變為0，被置nil ... */
objc_storeWeak(&obj1, 0);

objc_storeWeak函式把第二個引數--賦值物件（obj）的記憶體地址作為鍵值，將第一個引數--weak修飾的屬性變數（obj1）的記憶體地址註冊到 weak 表中。如果第二個引數（obj）為0（nil），那麼把變數（obj1）的地址從weak表中刪除。

27. 能否向編譯後得到的類中增加例項變數？能否向執行時建立的類中新增例項變數？為什麼？

不能向編譯後得到的類中增加例項變數；
能向執行時建立的類中新增例項變數；

解釋下：

因為編譯後的類已經註冊在 runtime 中，類結構體中的 objc_ivar_list 例項變數的連結串列和 instance_size 例項變數的記憶體大小已經確定，同時runtime 會呼叫 class_setIvarLayout 或 class_setWeakIvarLayout 來處理 strong weak 引用。所以不能向存在的類中新增例項變數；
執行時建立的類是可以新增例項變數，呼叫 class_addIvar 函式。但是得在呼叫 objc_allocateClassPair 之後，objc_registerClassPair 之前，原因同上。

28. runloop和執行緒有什麼關係？

總的說來，Run loop，正如其名，loop表示某種迴圈，和run放在一起就表示一直在執行著的迴圈。實際上，run loop和執行緒是緊密相連的，可以這樣說run loop是為了執行緒而生，沒有執行緒，它就沒有存在的必要。Run loops是執行緒的基礎架構部分， Cocoa 和 CoreFundation 都提供了 run loop 物件方便配置和管理執行緒的 run loop （以下都以 Cocoa 為例）。每個執行緒，包括程式的主執行緒（ main thread ）都有與之相應的 run loop 物件。

runloop 和執行緒的關係：

iOS面試題整理(下) 仔細研讀受益匪淺

25. _objc_msgForward函式是做什麼的，直接呼叫它將會發生什麼？

26. runtime如何實現weak變數的自動置nil？

27. 能否向編譯後得到的類中增加例項變數？能否向執行時建立的類中新增例項變數？為什麼？

28. runloop和執行緒有什麼關係？

25. `_objc_msgForward`函式是做什麼的，直接呼叫它將會發生什麼？