iOS面试 - 方法归属&isKindOfClass

iOS开发底层探究之路

本篇文章将从几个面试题出发，探究方法的归属以及isa与Superclass。

objc_object 与对象的关系，objc_object 与 NSObject的关系

  • 所有对象在底层都是以objc_object为模版继承来的。
  • 所有对象都是继承自NSObject(根类)，而在底层中NSObject 是一个objc_object（C/C++）结构体。
    所以结论：objc_object与对象之间是继承关系。

属性、成员变量、实例变量

  • 属性：带下划线的成员变量 + setter + getter，以@property 开头定义的变量
  • 成员变量：定义在类.h文件的{}中的，不带下划线的变量
  • 实例变量：特殊的成员变量，经过实例化的成员变量对象，例如UIButton、UILabel等
  • 成员变量中除去基本数据类型及{}中定义的NSString类型变量，剩下的都是实例化后的实例变量，实例变量可理解为是拥有属性的对象。

方法的归属分析

下面通过一个例子来探究实例方法及类方法的归属问题：

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface LGPerson : NSObject
- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;
@end
#import "LGPerson.h"
@implementation LGPerson
- (void)sayHello{
    NSLog(@"LGPerson say : Hello!!!");
}
+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}
@end

定义继承于NSObject的LGPerson类，并添加一个实例方法sayHello，一个类方法sayHappy，下面通过几个打印情况来分析：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        // 0x0000000100000000
        // LGTeacher *teacher = [LGTeacher alloc];

        LGPerson *person = [LGPerson alloc];
        Class pClass     = object_getClass(person);
        lgObjc_copyMethodList(pClass);

        lgInstanceMethod_classToMetaclass(pClass);
        lgClassMethod_classToMetaclass(pClass);
        lgIMP_classToMetaclass(pClass);
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

方法从上而下的定义如下面：

#ifdef DEBUG
#define LGLog(format, ...) printf("%s\n", [[NSString stringWithFormat:format, ## __VA_ARGS__] UTF8String]);
#else
#define LGLog(format, ...);
#endif

void lgObjc_copyMethodList(Class pClass){
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(pClass, &count);
    for (unsigned int i=0; i < count; i++) {
        Method const method = methods[i];
        //获取方法名
        NSString *key = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        LGLog(@"Method, name: %@", key);
    }
    free(methods);
}

void lgInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello));

    Method method3 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    Method method4 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s - %p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

void lgClassMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello));

    Method method3 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    // 元类 为什么有 sayHappy 类方法 0 1
    //
    Method method4 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s-%p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

void lgIMP_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);

    // - (void)sayHello;
    // + (void)sayHappy;
    IMP imp1 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHello));
    IMP imp2 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHello));

    IMP imp3 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHappy));
    IMP imp4 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHappy));

    NSLog(@"%p-%p-%p-%p",imp1,imp2,imp3,imp4);
    NSLog(@"%s",__func__);
}

下面我们先给出打印结果，然后逐个分析：


方法归属结果打印

lgObjc_copyMethodList

object_getClass 获取当前实例对象person的类对象。
此方法参数为Class类型的pClass,一个类对象，class_copyMethodList 获取当前类对象中的方法列表，遍历此类对象所有的实例方法，根据打印情况只打印sayHello实例方法，可以验证类对象里面存放实例方法，类方法不存放在类对象中。

lgInstanceMethod_classToMetaclass

方法中的metaClass为当前方法参数类对象pClass的元类，由objc_getMetaClass 根据类获取到元类，class_getInstanceMethod 获取实例方法的源码分析后可知，在传入类及传入类的父类一级一级找下去直到找到返回，没找到返回null，下面分别分析几个打印情况：

  • method1:0x1000031b0

因为sayHello是实例方法，当前pClass刚好也是存放sayHello的LGPerson 类，所以能找到方法并打印

  • method2:0x0

因为metaClass为元类，元类（LGPerson）--->根元类（NSObject）--->NSObject--->nil,发现找不到当前的sayHello方法，说明返回null，打印为0x0

  • method3:0x0

当前需要找方法sayHappy，类（LGPerson）--->根类（NSObject）--->nil,没找到sayHappy方法，所以返回null，打印0x0

  • method4:0x100003148

寻找类方法sayHappy，metaClass为当前类的元类，类方法存在类的元类中，所以此时在metaClass 中就找到sayHppy方法，即可返回并打印0x100003148

lgClassMethod_classToMetaclass

跟上面一样，方法参数pClass类对象，metaClass为当前类的元类，class_getClassMethod 获取类方法源代码如下：

Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}
Class getMeta() {
        if (isMetaClass()) return (Class)this;
        else return this->ISA();
    }

class_getClassMethod 源码可见，获取类的类方法就是去获取当前类的元类的实例方法，getMeta()就是返回当前类的元类（如果getMeta()方法当前调用者为元类时，直接返回自己，不是的话就返回当前调用者的元类），下面分别分析打印情况：

  • method1:0x0

sayhello实例方法，class_getClassMethod当前传入为类，不是元类，拿到元类，然后class_getInstanceMethod 方法寻找，元类 ---> 根元类--->NSObject ---> nil,没找到sayHello，返回null，打印0x0

  • method2:0x0

class_getClassMethod当前传入为metaClass元类，直接进行class_getInstanceMethod 方法查找当前元类--->根元类---> NSObject--->nil,没找到实例方法sayHello方法，所以返回null,打印0x0

  • method3:0x100003148

当前查找方法为类方法sayHappy，在pClass类中寻找，所以class_getClassMethod 中要拿到元类，然后进行查找，发现在元类中找到类方法sayHappy，所以能打印方法地址0x100003148

  • method4: 0x100003148

class_getClassMethod 传入即为类的元类，所以直接进行class_getInstanceMethod 方法查找，在当前元类找到了sayHappy类方法，所以返回找到的方法

lgIMP_classToMetaclass

class_getMethodImplementation 返回方法的具体实现:

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

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

    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

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

    return imp;
}

如果在当前类对象里没找到对应的方法实现，就会触发底层的消息转发，所以打印结果是四个都有值，而不是0x0

  • method1:0x100001d10

sayHello 实例方法，在当前pClass类中能找到当前方法，所以method1返回的是sayHello方法地址指针

  • method2:0x7fff6cd17580

在metaClass 元类中寻找实例方法sayHello，是找不到的，所以进行了底层的消息转发，返回的不是sayHello的实现地址

  • method3:0x7fff6cd17580

sayHappy 类方法，因为类方法是存储在元类里的，所以在类pClass中找不到sayHappy方法实现地址，所以触发了底层消息转发

  • method4:0x100001d40

在metaClass元类 中找到了sayHappy方法实现，所以返回的就是真正的sayHappy实现地址

isKindOfClass & isMemberOfClass

同样，利用上面的类LGPerson进行下面探究：

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL re3 = [(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
        BOOL re4 = [(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
        NSLog(@" re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);

        BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
        BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
        BOOL re7 = [(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
        BOOL re8 = [(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
        NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);
    }
    return 0;
}
isKind&isMember结果

首先理清一下isKindOfClass 方法及isMemberOfClass 方法：

  • isKindOfClass方法: 
     + (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
// 类 vs 元类
// 根元类 vs NSObject
// NSObject vs NSObject
// LGPerson vs 元类 (根元类) (NSObject)
for (Class tcls = self->ISA(); tcls; tcls = tcls->superclass) {
    if (tcls == cls) return YES;
}
return NO; }

    - (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
    if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
    源码所示，类方法+isKindOfClass 比较线路：元类 ---> 根元类 ---> NSObject ---> nil 与当前cls类比较。实例方法-isKindOfClass比较路线：对象的类 ---> 父类 ---> 根类 ---> nil 与cls比较。

注意（有坑！！！）

你以为就是这样了？当然不是，isKindOfClass 方法在llvm编译器在编译期做了编译优化，isKindOfClass 在底层走的方法是objc_opt_isKindOfClass ，打开源码，搜索objc_opt_isKindOfClass 打断点调试，发现调用isKindOfClass类方法及实例方法，走的都是这个方法：

// Calls [obj isKindOfClass]
BOOL
objc_opt_isKindOfClass(id obj, Class otherClass)
{
#if __OBJC2__
    if (slowpath(!obj)) return NO;
    Class cls = obj->getIsa();
    if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
        for (Class tcls = cls; tcls; tcls = tcls->superclass) {
            if (tcls == otherClass) return YES;
        }
        return NO;
    }
#endif
    return ((BOOL(*)(id, SEL, Class))objc_msgSend)(obj, @selector(isKindOfClass:), otherClass);
}

可见，无论是实例方法还是类方法调用，比较的对象链：元类 ---> 根元类 ---> NSObject ---> nil ，也就是说isKindOfClass 就是遵循isa走向的规则

  • isMemberOfClass方法： 
    + (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return self->ISA() == cls;
}

     - (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
     return [self class] == cls;
 }
    类方法+isMemberOfClass 判断的是当前类是否是元类，实例方法-isMemberOfClass 判断是否是当前对象的类。

类方法：re1、re2、re3、re4
实例方法：re5、re6、re7、re8

  • re1: 1

首先拿到前者NSObject 的元类（根元类），与后者NSObject类比较，不相等，找根元类的父类，也就是NSObject类，比较结果为相等，所以返回YES,打印1

  • re2: 0

NSObject 元类与NSObject类当然不相等，所以返回NO

  • re3: 0

LGPerson 类 与 LGPerson 元类不想等，与 LGPerson 根元类不想等，与 NSObject类不想等,与 nil不想等,所以返回NO

  • re4: 0

LGPerson 类与LGPerson 元类不相等，返回NO

  • re5: 1

NSObject实例对象的类NSObject 当然与NSObject 类相等，返回YES

  • re6: 1

NSObject实例对象的类NSObject 当然与NSObject 类相等

  • re7: 1

LGPerson 实例对象的类LGPerson 与 LGPerson 类相等

  • re8: 1

LGPerson 实例对象的类LGPerson 与 LGPerson 类相等

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