面试题

这道面试题如下，问最后print方法能不能调用成功？如果能最后打印什么？

@interface Person: NSObject
@property (copy,nonatomic) NSString * name;
-(void)print;
@end
  
@implementation Person
-(void)print{
    NSLog(@"my name is %@",self.name);
}
@end
  
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    id cls = [Person class];
    void * obj = &cls;
    [(__bridge id)obj print];
}
@end

这是一道非常好的面试题，主要考察了iOS底层的函数调用机制以及函数调用栈的问题。

解答

pint可以调用成功

首先我们先看print函数是否可以调用成功的问题，[Person class]返回的是Person的类对象，在底层类对象是一个结构体，结构体里首个变量是isa指针，接下来是superclass指针，cache的方法缓存指针以及具体的类信息指针，都指向的是具体结构体，类对象在底层的结构体结构大概如下：

struct objc_class {
  Class isa;
  Class superclass;
  cache_t cache;
  class_data_bits bits;
}
struct class_rw_t {
  units32_t flags;
  units32_t version;
  const class_ro_t *ro;
  method_list_t *methods;// 方法列表
  property_list_t *properties;//属性列表
  const protocol_list_t *protocols;//协议列表
  Class firstSubclass;
  Class nextSiblingClass;
  char *demangledName;
}
struct class_ro_t {
  unit32_t flags;
  unit32_t instanceStart;
  unit32_t instanceSize;
  #ifdef __LP64__
  unit32_t reserved;
  #endif
  const unit8_t *ivarLayout;
  const char *name;//类名
  method_list_t *baseMethodlist;
  protocol_list_t *baseProtocols;
  const ivar_list_t *ivars;//成员变量列表
  const unit8_t *weakIvarLayout;
  property_list_t *baseProperties;
}

从上面的代码可以看出来obj存放的是cls的地址，同时cls的地址指向的是Person类对象。根据Runtime的底层原理，iOS的函数调用在底层是通过objc_msgSend函数来给函数调用者发送消息，objc_msgSend的执行流程有三大阶段：

消息发送
动态方法解析
消息转发

这里我们重点看消息发送阶段，下面这张经典的图基本阐述了消息发送阶段：

首先实例通过isa指针找到类对象，查看类对象的方法列表里是否存在对应的方法，如果没有则通过类对象里面的superclass找到其父类的类对象，在父类对象的类对象里继续查找，直至到顶层的NSObject。

那么在回头看看[(__bridge id)obj print]的调用，同样是消息发送，首先找到obj的isa指针，从上面的分析可以看出来，obj的前8个字节存放的应该就是isa指针，因为不管是实例对象还是类对象其底层的struct结构体中，前8个字节就是isa指针，由于obj存放的是cls的地址，所以这里的isa其实就是cls的地址，而这个isa指向的是Person的类对象，所以最后能在Person类对象的方法列表中找到print方法。

最后的打印

既然能调用方法，那么最后打印什么呢？其实最后需要确定的是self->_name这个成员变量的值是什么。在底层实例对象的成员变量是紧挨着isa指针的，在isa指针的下面的一段连续的存储空间中，所以我们需要弄清楚上面的isa指针紧挨着的8个字节的存储空间中到底是什么？

栈空间

viewDidLoad调用时会开辟一段栈空间在作为函数调用的临时空间，函数调用完毕后就回收此空间，当然函数调用时里面的局部变量也是存在这个栈空间里的，里面的[super viewDidLoad]会继续开辟一段栈空间，二段栈空间是连续的，栈空间的回收是先开辟的后回收，这也符合栈数据结构的特点，[super viewDidLoad]方法在底层是通过objc_msgSendSuper2来调用的，其需要接受二个参数：

struct objc_super2
SEL

其中objc_super2结构体如下：

struct objc_super2 {
  id receiver;
  Class current_class;
}

receiver是消息接受者，current_class是receiver的Class对象，由于此结构体要当参数传入方法，所以在开辟的栈空间内会存放receiver和current_class这二个临时变量，在这里receiver为self，current_class为ViewController class。由于栈空间是从高地址到地址的，占空间的内部大致如下：

最后按照上面寻找成员变量的方式，跳过isa指针就是成员变量，由于上面已经分析指导isa指针就是cls，所以self就是找到的第一个成员变量，由于person只有一个成员变量_name，所以这里self就等于_name这个成员变量，最后的打印结果为：my name is <ViewController: 0x13a110720>。

调试打印

首先我们打印出obj的地址值，然后打印后面的连续4个8字节的地址，分别打印地址的内容：

这很好的证明了cls后面的8个字节存储的是viewController，在往后8个字节存放的是viewController的类对象。

思考

如果代码为下面这种情况打印什么？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSString * str = @"mamba";
    id cls = [Person class];
    void * obj = &cls;
    [(__bridge id)obj print];
    
}

通过上面的分析，str这个字符串局部变量会紧挨着cls的地址，所以最后输出是my name is mamba，如果注释掉

[super viewDidLoad]的调用，则会发生坏内存访问，程序崩溃。

总结

本文根据一个实际的面试题来回复了Runtime中的函数调用消息机制以及函数调用栈的相关知识，通过这个面试题能到加深对iOS底层知识的理解。

iOS Runtime经典面试题解析

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