面试驱动技术之 - isa && 元类 && 函数调用
作者:互联网
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面试驱动技术之 - 带着面试题来找答案
- 一个NSObject 对象,占用多少内存
- 对象方法 与 类方法的存放在哪
- 什么是isa指针
- 什么是meta-class
- megsend 是如何找到方法的
@implementation MNSubclass
- (void)compareSelfWithSuperclass{
NSLog(@"self class = %@",[self class]);
NSLog(@"super class = %@",[super class]);
}
@end
- 输出的结果是什么
- 。。。
友情tips:如果上诉问题你都知道答案,或者没有兴趣知道,就可以不用继续往下看了,兴趣是最好的老师,如果没有兴趣知道这些,往下很难读得进去~
OC对象的本质
我们平时编写的Objetcive-C,底层实现都是C/C++实现的
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- 问 : Objetcive-C 基于 C/C++ 实现的话,Objetcive-C 对象相当于C/C++ 中的什么数据结构呢?
@interface MNPerson : NSObject
{
int _age;
double _height;
NSString *name;
}
以MNPerson
为例,里面的成员变量有不同类型是,比如int
、double
、NSString
类型,假如在C/C++ 中用数组
存储,显然是不太合理的
- 答: C/C++中用
结构体
的数据格式,表示oc对象。
// 转成c/c++ 代码后,MNPerson 的结构如下
struct NSObject_IMPL {
Class isa;
};
struct MNPerson_IMPL {
struct NSObject_IMPL NSObject_IVARS;
int _age;
double _height;
NSString *name;
};
使用指令
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc oc源文件 -o 输出的c++文件
将oc
代码转成c++
代码之后,发现内部确实是结构体
面试题来袭!前方请做好准备!!
-
一个NSObject 对象,占用多少内存
-
思路:
-
- 由上面可知,
NSObject
的本质是结构体,通过NSObject.m
可以发现,NSObject
只有一个isa
成员,isa
的本质是class
,struct objc_object *
类型,所以应该占据 8 字节
- 由上面可知,
- 2.
NSLog(@"%zu",class_getInstanceSize([NSObject class]));
输出 - size = 8
-
-
注意!实际上,
{
//获得 - NSObject 一个实例对象的成员变量所占用的大小 >> 8
NSLog(@"%zu",class_getInstanceSize([NSObject class]));
NSObject *obj = [[NSObject alloc]init];
// 获取 obj 指针,指向的内存大小 >> 16
NSLog(@"%zu",malloc_size((__bridge const void *)obj));
}
//基于 `objc-class.m` 文件 750 版本
size_t class_getInstanceSize(Class cls)
{
if (!cls) return 0;
return cls->alignedInstanceSize();
}
// Class‘s ivar size rounded up to a pointer-size boundary.
// 点击一下 - 智能翻译 ==> (返回类的成员变量所占据的大小)
uint32_t alignedInstanceSize()
{
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
对象创建 - alloc init
, 查找alloc底层实现
size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
CoreFoundation
硬性规定,一个对象,至少有 16 字节- 以
NSObject
为例,这里传入的size
是alignedInstanceSize
, 而alignedInstanceSize
已经知道 = 8, 8 < 16,retun 16, 最终 NSObject 创建的对象,占据的内存大小是 16
lldb 调试下,使用 memory read
查看对象内存
(lldb) p obj
(NSObject *) $0 = 0x000060000000eb90
(lldb) memory read 0x000060000000eb90
0x60000000eb90: a8 6e 3a 0b 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
也能发现,前8 位存储 isa
指针,后 8 位都是0,但是整个对象还是占据了 16 个字节
一个NSObject内存分配示意图
一个NSObject内存分配示意图
总结:
- 问 :一个NSObject 对象,占用多少内存?
- 答 :
- 系统在alloc的时候,分配了16个字节给
NSObject
对象(malloc_size
函数获得) - 但是实际上
NSObject
只使用了 8个字节的存储空间(64bit系统下) - 可以通过
class_getInstanceSize()
- 系统在alloc的时候,分配了16个字节给
循序渐进之面试题又来了!!
@interface MNStudent : NSObject
{
int _age;
int _no;
}
@end
- 问:一个MNStudent 对象,占用多少内存
- 答:
- 由上面
NSObject
占据16个字节可知,base = 16 - 一个int占4字节,age = 4, no = 4
- 最终结果, 16 + 4 + 4 = 24!
- 由上面
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哈哈!中计了!
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原理解释:
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- 之前
NSObject
创建一个对象,确实是分配了 16 个字节的空间- 但是,他还有未使用的空间8个字节,还是可以存储的
- 这里的
age
&&no
存进去,正好16
,之前分配的空间正好够用!所以答案是 16!
循循序渐进之面试题双来了!!
(大哥别打了,这次保证不挖坑了,别打,疼,别打脸别打脸。。。)
@interface MNPerson : NSObject
{
int _age;
int _height;
NSString *name;
}
- 问: 一个
MNPerson
对象,占用多少内存 - 答: 这题我真的会了!上面的坑老夫已经知道了!
- 默认创建的时候,分配的内容是16
isa
= 8,int age
= 4,int height
= 4,NSString
= char * = 8- 最终分配: 8 + 4 + 4 + 8 = 24
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哈哈哈哈! 又中计了!
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这时候你肯定好奇了
uint32_t alignedInstanceSize() {
return word_align(unalignedInstanceSize());
}
size_t instanceSize(size_t extraBytes) {
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
extraBytes
一般都是 0,这里可以理解为size = alignedInstanceSize()
;alignedInstanceSize = class_getInstanceSize
,class_getInstanceSize
由上图的log信息也可以知道 =24
- 内心os: who tm fucking 32?
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下载`libmalloc`,找到`calloc`的实现
void *
calloc(size_t num_items, size_t size)
{
void *retval;
retval = malloc_zone_calloc(default_zone, num_items, size);
if (retval == NULL) {
errno = ENOMEM;
}
return retval;
}
发现这个函数,就是我们调用的`calloc`函数的底层
void *
malloc_zone_calloc(malloc_zone_t *zone, size_t num_items, size_t size)
{
MALLOC_TRACE(TRACE_calloc | DBG_FUNC_START, (uintptr_t)zone, num_items, size, 0);
void *ptr;
if (malloc_check_start && (malloc_check_counter++ >= malloc_check_start)) {
internal_check();
}
ptr = zone->calloc(zone, num_items, size);
if (malloc_logger) {
malloc_logger(MALLOC_LOG_TYPE_ALLOCATE | MALLOC_LOG_TYPE_HAS_ZONE | MALLOC_LOG_TYPE_CLEARED, (uintptr_t)zone,
(uintptr_t)(num_items * size), 0, (uintptr_t)ptr, 0);
}
MALLOC_TRACE(TRACE_calloc | DBG_FUNC_END, (uintptr_t)zone, num_items, size, (uintptr_t)ptr);
return ptr;
}
内心os: exo me? 这传入的 size_t size = 24
,怎么返回32的??
涉及到 - 内存对齐
检索Buckets
- (libmalloc 源码)
#define NANO_MAX_SIZE 256
/* Buckets sized {16, 32, 48, ..., 256} */
- 发现,iOS 系统分配的时候,有自己的分配规则, 不是说你需要的size多大,就创建多大
- 操作系统内部有自己的一套规则,这里的都是 16 的倍数,而操作系统在此基础之上,操作系统的操作访问最快
- 所以,在
MNPerson
对象需要 24 的size的时候,操作系统根据他的规则,直接创建了 32 的size的空间,所以这里的答案是 32!
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补充说明: sizeof
运算符
(lldb) po [obj class]
MNPerson
(lldb) po sizeof(obj)
8
(lldb) po sizeof(int)
4
sizeof
是运算符,不是函数,编译时即知道,不是函数- 这里的
obj
是对象, *obj - 指针指向,编译器知道他是指针类型,所以 sizeof = 8(指针占据8个字节) - 特别注意,这里传入的不是对象!是指针sizeof
是告诉你传入的类型,占多少存储空间
OC对象的分类
- 实例对象(instance对象)
- 类对象(class对象)
- 元类对象(meta-class对象)
instance 对象
- 通过类
alloc
出来的对象 - 每次
alloc
都会产生新的instance
对象(内存不相同) instance
对象存储的信息- isa 指针
- 其他成员变量
class 对象
- 是创建对象的蓝图,描述了所创建的对象共同的属性和方法(made in 维基百科)
- 类在内存中只有一份,每个类在内存中都有且只有一个
class
对象 class
对象在内存中存储的信息- isa 指针
- superclass 指针
- 类的对象方法 && 协议
- 类的属性 && 成员变量信息
- 。。。
meta-class
Class metaClass = object_getClass([NSObject class]);
metaclss
是NSObject
的meta-class
对象meta-class
在内存中只有一份,每个类都有且只有一个meta-class
对象meta-class
也是类,与class
的对象结构一样,但是内部的数据不一样(用途不同)meta-clas
包括:- isa指针
- superclass
- 类方法
- 。。。
image
提问:object_getClass
与 objc_getClass
的区别
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
- object_getClass : 传入的是可以是任意对象(id类型),返回的是类 or 元类
- 如果传入
instance
对象,返回class
- 如果传入
class
, 返回的是meta-class
对象 - 如果传入的是
meta-class
,返回的是root-meta-class
对象
- 如果传入
Class objc_getClass(const char *aClassName)
{
if (!aClassName) return Nil;
// NO unconnected, YES class handler
return look_up_class(aClassName, NO, YES);
}
- 传入的是类名字符串,返回的是该类名对应的类
- 不能返回元类
指向图.png
(图片来自于 http://www.sealiesoftware.com/blog/archive/2009/04/14/objc_explain_Classes_and_metaclasses.html)
看懂这张图 - 就等价于看懂
isa
&&superclass
了
探究流程:
@interface MNSuperclass : NSObject
- (void)superclassInstanceMethod;
+ (void)superClassMethod;
@end
@implementation MNSuperclass
- (void)superclassInstanceMethod{
NSLog(@"superclass-InstanceMethod - %p",self);
}
+ (void)superClassMethod{
NSLog(@"+ superClass-classMethod- %p",self);
}
@end
@interface MNSubclass : MNSuperclass
- (void)subclassInstanceMethod;
@end
@implementation MNSubclass
- (void)subclassInstanceMethod{
NSLog(@"subclassInstanceMethod- %p",self);
}
@end
问: 子类调用父类的对象方法,执行的流程是如何的?
MNSubclass *subclass = [[MNSubclass alloc]init];
[subclass superclassInstanceMethod];
- 思路:
subclass
调用对象方法,对象方法存在class
中- 第一步,先找到
subclass
对象,通过isa
指针,找到其对应的MNSubclass
类 - 看
MNSubclass
是否有superclassInstanceMethod
方法的实现,发现没有,MNSubclass
沿着superclass
指针找到他的父类 -MNSuperclass
- 此时,
MNSuperclass
中找到superclassInstanceMethod
的实现,调用它,整个流程结束
image
问: 子类调用父类的类方法,执行的流程是如何的?
[MNSubclass superClassMethod];
- 思路:
- 类方法存在
meta-class
中 - 第一步,找到对应的
MNSubclass
,沿着isa
指针,找到其对应的meta-class
- 看
MNSubclass
的meta-class
中是否有superClassMethod
方法的实现,发现没有,沿着superclass
指针找到MNSuperclass
的meta-class
- 发现
MNSuperclass
的meta-class
有superClassMethod
方法实现,调用,流程结束
- 类方法存在
image
图中比较难理解的一根线
image
探究 : 元类对象的superclass 指针是否指向 rootclass
- 分析:
meta-class
对象存储的是类方法,class
存储的是 对象方法- 从面向对象的角度来讲,一个类调用一个类方法,不应该最后调用到 对象方法
- 这里的
Root class
就是NSObject
, 要给NSObject
添加方法就要用到分类
- 验证
NSObject
的对象方法是否会被调用
//"NSObject+MNTest"类的声明 && 实现
@interface NSObject (MNTest)
+ (void)checkSuperclass;
@end
@implementation NSObject (MNTest)
+ (void)checkSuperclass{
NSLog(@"+NSObject checkSuperclass - %p",self);
}
@end
//main函数中调用
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool
{
[MNSubclass checkSuperclass];
NSLog(@"MNSubclass = %p",[MNSubclass class]);
}
return 0;
}
--------------------------------------------------------
控制台输出:
+NSObject checkSuperclass - 0x105817040
InterView-obj-isa-class[36303:7016608] MNSubclass = 0x105817040
- 发现,调用
checkSuperclass
类方法的,是MNSubclass
类- 这时候要验证上面那条
meta-class
指向root-class
的线, 这里的root-class
即等于NSObject
root-class
中只存对象方法,这里,只要验证,NSObject
中同名的类方法实现取消,变成同名的对象方法测试,即可得出结论- 声明的还是
+ (void)checkSuperclass
,实现的方法用- (void)checkSuperclass
对象方法替换
@interface NSObject (MNTest)
+ (void)checkSuperclass;
@end
@implementation NSObject (MNTest)
//+ (void)checkSuperclass{
// NSLog(@"+NSObject checkSuperclass - %p",self);
//}
- (void)checkSuperclass{
NSLog(@"-NSObject checkSuperclass - %p",self);
}
@end
//main函数中调用
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool
{
[MNSubclass checkSuperclass];
NSLog(@"MNSubclass = %p",[MNSubclass class]);
}
return 0;
}
--------------------------------------------------------
控制台输出:
-NSObject checkSuperclass - 0x101239040
InterView-obj-isa-class[36391:7022301] MNSubclass = 0x101239040
发现 - 调用的还是类方法 + (void)checkSuperclass
,但是最终实现的,却是对象方法 - (void)checkSuperclass
- 原因:
[MNSubclass checkSuperclass]
其实本质上,调用的是发送消息方法,函数类似是objc_msgsend([MNSubclass class], @selector(checkSuperclass))
- 这里的
@selector(checkSuperclass)
并未说明是 类方法 or 对象方法 - 所以最终走流程图的话,
root-meta-class
通过super class
找到了root-class
(NSObject), NSObject
类不是元类,存储的是对象方法,所以 最终调用了NSObject -checkSuperclass
这个对象方法
image-20190326212536530
叮叮叮!循循循序渐进之面试题叒来了!!
@implementation MNSubclass
- (void)compareSelfWithSuperclass{
NSLog(@"self class = %@",[self class]);
NSLog(@"super class = %@",[super class]);
}
@end
----------------------------------------
调用:
MNSubclass *subclass = [[MNSubclass alloc]init];
[subclass compareSelfWithSuperclass];
-
问:
[self class]
&&[super class]
分别输出什么 -
思路:
class
方法 是NSObject
的一个对象方法,对方方法存在class
中- 第一步,先找到
subclass
对象,通过isa
指针,找到其对应的MNSubclass
类 - 看
MNSubclass
是否有class
方法的实现,发现没有,MNSubclass
沿着superclass
指针找到他的父类 -MNSuperclass
- 查询
MNSuperclass
中是否有class
方法的实现,发现没有,MNSuperclass
沿着superclass
指针找到他的父类 -NSObject
- 最终在
NSObject
中找到class
的实现 - 而调用方都是都是当前对象,所以最后输出都是 -
MNSubclass
验证:
NSLog(@"self class = %@",[self class]);
NSLog(@"super class = %@",[super class]);
----------------------------------------------------------------------
控制台输出:
InterView-obj-isa-class[36796:7048007] self class = MNSubclass
InterView-obj-isa-class[36796:7048007] super class = MNSubclass
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标签:对象,void,函数调用,元类,MNSubclass,&&,NSObject,class,size 来源: https://blog.csdn.net/qq_30513483/article/details/100215731