《招聘一个靠谱的 iOS》—参考答案（下）

创建时间：2016-05-19 投稿人：浏览次数：2284

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。

enter image description here

里面有对_objc_msgForward的功能解释：

enter image description here

/***********************************************************************
* 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) {
    if (!cls || !sel) return nil;
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
    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：

enter image description here

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

enter image description here

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：

//
//  main.m
//  CYLObjcMsgForwardTest
//
//  Created by http://weibo.com/luohanchenyilong/.
//  Copyright (c) 2015年 微博@iOS程序犭袁. 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程序犭袁))];
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

enter image description here

你可以在/tmp/msgSend-xxxx（我这一次是/tmp/msgSend-9805）文件里，看到打印出来：

enter image description here

+ 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

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：

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。
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。
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:。
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ni。
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：

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

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：

enter image description here

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。

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。

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
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong

 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
// http://weibo.com/luohanchenyilong/
// https://github.com/ChenYilong

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？

不能向编译后得到的类中增加实例变量；
能向运行时创建的类中添加实例变量；

解释下：

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；
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。

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：

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。
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。
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？

model 主要是用来指定事件在运行循环中的优先级的，分为：

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

苹果公开提供的 Mode 有两个：

NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）
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：

// 
// http://weibo.com/luohanchenyilong/ (微博@iOS程序犭袁)
// https://github.com/ChenYilong

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

// 
// http://weibo.com/luohanchenyilong/ (微博@iOS程序犭袁)
// https://github.com/ChenYilong
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：