42《招聘一个靠谱的iOS》面试题参考答案(下)

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1. 1. 25 _objc_msgForward函数是做什么的，直接调用它将会发生什么？
   1. 1.0.1. 25.1 下面回答下第二个问题“直接_objc_msgForward调用它将会发生什么？”

2. 26 runtime如何实现weak变量的自动置nil？

3. 27 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？

4. 28 runloop和线程有什么关系？

5. 29 runloop的mode作用是什么？

6. 30 以+ scheduledTimerWithTimeInterval:...的方式触发的timer，在滑动页面上的列表时，timer会暂定回调，为什么？如何解决？

7. 31 猜想runloop内部是如何实现的？

8. 32 objc使用什么机制管理对象内存？

9. 33 ARC通过什么方式帮助开发者管理内存？

10. 34 不手动指定autoreleasepool的前提下，一个autorealese对象在什么时刻释放？（比如在一个vc的viewDidLoad中创建）

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25 _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。

我们可以这样创建一个_objc_msgForward对象：

IMP msgForwardIMP = _objc_msgForward;

在上篇中的《objc中向一个对象发送消息[obj foo]和objc_msgSend()函数之间有什么关系？》曾提到objc_msgSend在“消息传递”中的作用。在“消息传递”过程中，objc_msgSend的动作比较清晰：首先在 Class 中的缓存查找 IMP （没缓存则初始化缓存），如果没找到，则向父类的 Class 查找。如果一直查找到根类仍旧没有实现，则用_objc_msgForward函数指针代替 IMP 。最后，执行这个 IMP 。

Objective-C运行时是开源的，所以我们可以看到它的实现。打开 Apple Open Source 里Mac代码里的obj包 下载一个最新版本，找到 objc-runtime-new.mm，进入之后搜索_objc_msgForward。

里面有对_objc_msgForward的功能解释：

/***********************************************************************
* 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.
**********************************************************************/

对 objc-runtime-new.mm文件里与_objc_msgForward有关的三个函数使用伪代码展示下：

//  objc-runtime-new.mm 文件里与 _objc_msgForward 有关的三个函数使用伪代码展示
//  Created by https://github.com/ChenYilong
//  Copyright (c)  微博@iOS程序犭袁(http://weibo.com/luohanchenyilong/). All rights reserved.
//  同时，这也是 obj_msgSend 的实现过程

id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
    if (!self) return nil;
	IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
	imp(self, op, ...); //调用这个函数，伪代码...
}

//查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, nil,
                         YES/*initialize*/, YES/*cache*/, YES/*resolver*/);

    // Translate forwarding function to C-callable external version
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward; //_objc_msgForward 用于消息转发
    }

    return imp;
}

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

    Class curClass = cls;
    IMP imp = nil;
    do { //先查缓存,缓存没有时重建,仍旧没有则向父类查询
        if (!curClass) break;
        if (!curClass->cache) fill_cache(cls, curClass);
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (imp) break;
    } while (curClass = curClass->superclass);

    return imp;
}

虽然Apple没有公开_objc_msgForward的实现源码，但是我们还是能得出结论：

_objc_msgForward是一个函数指针（和 IMP 的类型一样），是用于消息转发的：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。

在上篇中的《objc中向一个对象发送消息[obj foo] 和objc_msgSend()函数之间有什么关系？》曾提到objc_msgSend在“消息传递”中的作用。在“消息传递”过程中，objc_msgSend的动作比较清晰：首先在 Class 中的缓存查找 IMP （没缓存则初始化缓存），如果没找到，则向父类的 Class 查找。如果一直查找到根类仍旧没有实现，则用_objc_msgForward函数指针代替 IMP 。最后，执行这个 IMP 。

为了展示消息转发的具体动作，这里尝试向一个对象发送一条错误的消息，并查看一下_objc_msgForward是如何进行转发的。

首先开启调试模式、打印出所有运行时发送的消息： 可以在代码里执行下面的方法：

(void)instrumentObjcMessageSends(YES);

或者断点暂停程序运行，并在 gdb 中输入下面的命令：

call (void)instrumentObjcMessageSends(YES)

以第二种为例，操作如下所示：

之后，运行时发送的所有消息都会打印到 /tmp/msgSend-xxxx 文件里了。

终端中输入命令前往：

$ open /private/tmp

可能看到有多条，找到最新生成的，双击打开

在模拟器上执行执行以下语句（这一套调试方案仅适用于模拟器，真机不可用，关于该调试方案的拓展链接： Can the messages sent to an object in Objective-C be monitored or printed out? ），向一个对象发送一条错误的消息：

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

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSLog(@"%s",__func__);
    @autoreleasepool {
        SGHTest *test = [[SGHTest alloc] init];
        [test performSelector:@selector(p_test)];
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

你可以在/tmp/msgSend-xxxx（我这一次是/tmp/msgSends-47869）文件里，看到打印出来：

- SGHTest NSObject performSelector:
+ SGHTest NSObject resolveInstanceMethod:
+ SGHTest NSObject resolveInstanceMethod:
- SGHTest NSObject forwardingTargetForSelector:
- SGHTest NSObject forwardingTargetForSelector:
- SGHTest NSObject methodSignatureForSelector:
- SGHTest NSObject methodSignatureForSelector:
- SGHTest NSObject class
- SGHTest NSObject doesNotRecognizeSelector:
- SGHTest NSObject doesNotRecognizeSelector:
- SGHTest NSObject class

结合《NSObject官方文档》，排除掉 NSObject 做的事，剩下的就是_objc_msgForward消息转发做的几件事：

1. 调用resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。允许用户在此时为该 Class 动态添加实现。如果有实现了，则调用并返回YES，那么重新开始objc_msgSend流程。这一次对象会响应这个选择器，一般是因为它已经调用过class_addMethod。如果仍没实现，继续下面的动作。

2. 调用forwardingTargetForSelector:方法，尝试找到一个能响应该消息的对象。如果获取到，则直接把消息转发给它，返回非 nil 对象。否则返回 nil ，继续下面的动作。注意，这里不要返回 self ，否则会形成死循环。

3. 调用methodSignatureForSelector:方法，尝试获得一个方法签名。如果获取不到，则直接调用doesNotRecognizeSelector抛出异常。如果能获取，则返回非nil：创建一个 NSlnvocation 并传给forwardInvocation:。

4. 调用forwardInvocation:方法，将第3步获取到的方法签名包装成 Invocation 传入，如何处理就在这里面了，并返回非nil。

5. 调用doesNotRecognizeSelector: ，默认的实现是抛出异常。如果第3步没能获得一个方法签名，执行该步骤。

上面前4个方法均是模板方法，开发者可以override，由 runtime 来调用。最常见的实现消息转发：就是重写方法3和4，吞掉一个消息或者代理给其他对象都是没问题的。

也就是说_objc_msgForward在进行消息转发的过程中会涉及以下这几个方法：

1. resolveInstanceMethod:方法 (或 resolveClassMethod:)。
2. forwardingTargetForSelector:方法
3. methodSignatureForSelector:方法
4. forwardInvocation:方法
5. doesNotRecognizeSelector: 方法

为了能更清晰地理解这些方法的作用，git仓库里也给出了一个Demo，名称叫 _objc_msgForward_demo,可运行起来看看。

25.1 下面回答下第二个问题“直接_objc_msgForward调用它将会发生什么？”

直接调用_objc_msgForward是非常危险的事，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。

就好像跑酷，干得好，叫“耍酷”，干不好就叫“作死”。

正如前文所说：

_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。

如何调用_objc_msgForward？ _objc_msgForward隶属 C 语言，有三个参数 ：

	_objc_msgForward参数	类型
1	所属对象	id类型
2	方法名	SEL类型
3	可变参数	可变参数类型

首先了解下如何调用 IMP 类型的方法，IMP类型是如下格式：

为了直观，我们可以通过如下方式定义一个 IMP类型 ：

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

一旦调用_objc_msgForward，将跳过查找 IMP 的过程，直接触发“消息转发”， 如果调用了_objc_msgForward，即使这个对象确实已经实现了这个方法，你也会告诉objc_msgSend：

“我没有在这个对象里找到这个方法的实现”

想象下objc_msgSend会怎么做？通常情况下，下面这张图就是你正常走objc_msgSend过程，和直接调用_objc_msgForward的前后差别：

有哪些场景需要直接调用_objc_msgForward？最常见的场景是：你想获取某方法所对应的 NSInvocation 对象。举例说明：

JSPatch （Github 链接）就是直接调用_objc_msgForward来实现其核心功能的：

JSPatch 以小巧的体积做到了让JS调用/替换任意OC方法，让iOS APP具备热更新的能力。

作者的博文《JSPatch实现原理详解》详细记录了实现原理，有兴趣可以看下。

同时 RAC(ReactiveCocoa) 源码中也用到了该方法。

26 runtime如何实现weak变量的自动置nil？

runtime 对注册的类，会进行布局，对于 weak 对象会放入一个 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 dealloc。假如 weak 指向的对象内存地址是a，那么就会以a为键， 在这个 weak 表中搜索，找到所有以a为键的 weak 对象，从而设置为 nil。

在上篇中的《runtime 如何实现 weak 属性》有论述。（注：在上篇的《使用runtime Associate方法关联的对象，需要在主对象dealloc的时候释放么？》里给出的“对象的内存销毁时间表”也提到__weak引用的解除时间。）

我们可以设计一个函数（伪代码）来表示上述机制：

objc_storeWeak(&a, b)函数：

objc_storeWeak函数把第二个参数–赋值对象（b）的内存地址作为键值key，将第一个参数–weak修饰的属性变量（a）的内存地址（&a）作为value，注册到 weak 表中。如果第二个参数（b）为0（nil），那么把变量（a）的内存地址（&a）从weak表中删除， 你可以把objc_storeWeak(&a, b)理解为：objc_storeWeak(value, key)，并且当key变nil，将value置nil。

1. 在b非nil时，a和b指向同一个内存地址，在b变nil时，a变nil。此时向a发送消息不会崩溃：在Objective-C中向nil发送消息是安全的。

2. 而如果a是由assign修饰的，则： 在b非nil时，a和b指向同一个内存地址，在b变nil时，a还是指向该内存地址，变野指针。此时向a发送消息极易崩溃。

下面我们将基于objc_storeWeak(&a, b)函数，使用伪代码模拟“runtime如何实现weak属性”：

// 使用伪代码模拟：runtime如何实现weak属性
 id obj1;
 objc_initWeak(&obj1, obj);
/*obj引用计数变为0，变量作用域结束*/
 objc_destroyWeak(&obj1);

下面对用到的两个方法objc_initWeak和objc_destroyWeak做下解释：

总体说来，作用是： 通过objc_initWeak函数初始化“附有weak修饰符的变量（obj1）”，在变量作用域结束时通过objc_destoryWeak函数释放该变量（obj1）。

下面分别介绍下方法的内部实现：

objc_initWeak函数的实现是这样的：在将“附有weak修饰符的变量（obj1）”初始化为0（nil）后，会将“赋值对象”（obj）作为参数，调用objc_storeWeak函数。

obj1 = 0；
obj_storeWeak(&obj1, obj);

也就是说：

weak 修饰的指针默认值是 nil （在Objective-C中向nil发送消息是安全的）

然后obj_destroyWeak函数将0（nil）作为参数，调用objc_storeWeak函数。

objc_storeWeak(&obj1, 0);

前面的源代码与下列源代码相同。

// 使用伪代码模拟：runtime如何实现weak属性

id obj1;
obj1 = 0;
objc_storeWeak(&obj1, obj);
/* ... obj的引用计数变为0，被置nil ... */
objc_storeWeak(&obj1, 0);

objc_storeWeak函数把第二个参数–赋值对象（obj）的内存地址作为键值，将第一个参数–weak修饰的属性变量（obj1）的内存地址注册到 weak 表中。如果第二个参数（obj）为0（nil），那么把变量（obj1）的地址从weak表中删除。

27 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？

1. 不能向编译后得到的类中增加实例变量；
2. 能向运行时创建的类中添加实例变量；

解释下：

1. 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；

2. 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。
   即在运行时创建的类添加实例变量的代码格式如下：

   objc_allocateClassPair
   //class_addIvar
   objc_registerClassPair

28 runloop和线程有什么关系？

总的说来，Run loop，正如其名，loop表示某种循环，和run放在一起就表示一直在运行着的循环。实际上，run loop和线程是紧密相连的，可以这样说run loop是为了线程而生，没有线程，它就没有存在的必要。Run loops是线程的基础架构部分， Cocoa 和 CoreFundation 都提供了 run loop 对象方便配置和管理线程的 run loop（以下都以 Cocoa 为例）。每个线程，包括程序的主线程（ main thread ）都有与之相应的 run loop 对象。

runloop 和线程的关系：

• 1、 主线程的run loop默认是启动的。
  iOS的应用程序里面，程序启动后会有一个如下的main()函数

  int main(int argc, char * argv[]) {
     @autoreleasepool {
         return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
     }
  }

重点是UIApplicationMain()函数，这个方法会为main thread设置一个NSRunLoop对象，这就解释了：为什么我们的应用可以在无人操作的时候休息，需要让它干活的时候又能立马响应。

• 2、对其它线程来说，run loop默认是没有启动的，如果你需要更多的线程交互则可以手动配置和启动，如果线程只是去执行一个长时间的已确定的任务则不需要。

• 3、在任何一个 Cocoa 程序的线程中，都可以通过以下代码来获取到当前线程的 run loop 。

  NSRunLoop *runloop = [NSRunLoop currentRunLoop];

参考链接：《Objective-C之run loop详解》。

29 runloop的mode作用是什么？

mode 主要是用来指定事件在运行循环中的优先级的，分为：

1. NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）：默认，空闲状态
2. UITrackingRunLoopMode：ScrollView滑动时
3. UIInitializationRunLoopMode：启动时
4. NSRunLoopCommonModes（kCFRunLoopCommonModes）：Mode集合

苹果公开提供的 Mode 有两个：

1. NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）
2. NSRunLoopCommonModes（kCFRunLoopCommonModes）

30 以+ scheduledTimerWithTimeInterval:...的方式触发的timer，在滑动页面上的列表时，timer会暂定回调，为什么？如何解决？

RunLoop只能运行在一种mode下，如果要换mode，当前的loop也需要停下重启成新的。利用这个机制，ScrollView滚动过程中NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）的mode会切换到UITrackingRunLoopMode来保证ScrollView的流畅滑动：只能在NSDefaultRunLoopMode模式下处理的事件会影响ScrollView的滑动。

如果我们把一个NSTimer对象以NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）添加到主运行循环中的时候, ScrollView滚动过程中会因为mode的切换，而导致NSTimer将不再被调度。

同时因为mode还是可定制的，所以：

Timer计时会被scrollView的滑动影响的问题可以通过将timer添加到NSRunLoopCommonModes（kCFRunLoopCommonModes）来解决。 代码如下：

//将timer添加到NSDefaultRunLoopMode中
NSTimer *timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0
                                                      target:self
                                                    selector:@selector(timerTick:)
                                                    userInfo:nil
                                                     repeats:YES];
                                                     //然后再添加到NSRunLoopCommonModes里
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

31 猜想runloop内部是如何实现的？

一般来讲，一个线程一次只能执行一个任务，执行完成后线程就会退出。如果我们需要一个机制，让线程能随时处理事件但并不退出，通常的代码逻辑 是这样的：

function loop() {
    initialize();
    do {
        var message = get_next_message();
        process_message(message);
    } while (message != quit);
}

或使用伪代码来展示下：

int main(int argc, char * argv[]) {
 //程序一直运行状态
 while (AppIsRunning) {
      //睡眠状态，等待唤醒事件
      id whoWakesMe = SleepForWakingUp();
      //得到唤醒事件
      id event = GetEvent(whoWakesMe);
      //开始处理事件
      HandleEvent(event);
 }
 return 0;
}

参考链接：

1. 《深入理解RunLoop》
2. 摘自博文CFRunLoop，原作者是微博@我就叫Sunny怎么了

32 objc使用什么机制管理对象内存？

通过 retainCount 的机制来决定对象是否需要释放。 每次 runloop 的时候，都会检查对象的 retainCount，如果retainCount 为 0，说明该对象没有地方需要继续使用了，可以释放掉了。

33 ARC通过什么方式帮助开发者管理内存？

ARC相对于MRC，不是在编译时添加retain/release/autorelease这么简单。应该是编译期和运行期两部分共同帮助开发者管理内存。

在编译期，ARC用的是更底层的C接口实现的retain/release/autorelease，这样做性能更好，也是为什么不能在ARC环境下手动retain/release/autorelease，同时对同一上下文的同一对象的成对retain/release操作进行优化（即忽略掉不必要的操作）；ARC也包含运行期组件，这个地方做的优化比较复杂，但也不能被忽略。【TODO:后续更新会详细描述下】

34 不手动指定autoreleasepool的前提下，一个autorealese对象在什么时刻释放？（比如在一个vc的viewDidLoad中创建）

分两种情况：手动干预释放时机、系统自动去释放。

1. 手动干预释放时机–指定autoreleasepool 就是所谓的：当前作用域大括号结束时释放。
2. 系统自动去释放–不手动指定autoreleasepool
   Autorelease对象出了作用域之后，会被添加到最近一次创建的自动释放池中，并会在当前的 runloop 迭代结束时释放。

释放的时机总结起来，可以用下图来表示：

下面对这张图进行详细的解释：

从程序启动到加载完成是一个完整的运行循环，然后会停下来，等待用户交互，用户的每一次交互都会启动一次运行循环，来处理用户所有的点击事件、触摸事件。

我们都知道： 所有 autorelease 的对象，在出了作用域之后，会被自动添加到最近创建的自动释放池中。

但是如果每次都放进应用程序的 main.m 中的 autoreleasepool 中，迟早有被撑满的一刻。这个过程中必定有一个释放的动作。何时？在一次完整的运行循环结束之前，会被销毁。

那什么时间会创建自动释放池？运行循环检测到事件并启动后，就会创建自动释放池。

子线程的 runloop 默认是不工作，无法主动创建，必须手动创建。

自定义的 NSOperation 和 NSThread 需要手动创建自动释放池。比如： 自定义的 NSOperation 类中的 main 方法里就必须添加自动释放池。否则出了作用域后，自动释放对象会因为没有自动释放池去处理它，而造成内存泄露。

但对于 blockOperation 和 invocationOperation 这种默认的Operation ，系统已经帮我们封装好了，不需要手动创建自动释放池。

@autoreleasepool 当自动释放池被销毁或者耗尽时，会向自动释放池中的所有对象发送 release 消息，释放自动释放池中的所有对象。

如果在一个vc的viewDidLoad中创建一个 Autorelease对象，那么该对象会在 viewDidAppear 方法执行前就被销毁了。

参考链接：《黑幕背后的Autorelease》