一道值得思考的iOS面试题

游星啊 2018-12-07 16:04:48 3297
本文来自 chouheiwa ,作者 游星啊

前言

最近在群里看到有人发的一道面试题,题目如下:

@interface Spark : NSObject 

@property(nonatomic,copyNSString *name; 

@end

@implementation Spark

- (void)speak {
    NSLog(@"My name is:%@",self.name); 
}

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    id cls = [Spark class];

    void *obj = &cls;

    [(__bridge id)obj speak];
}


问题:上述代码运行起来会:Complie error?|Runtime crash?|NSLog ?

最终问题就是这段代码的运行结果。

过程

第一眼看这个问题,我直接就想说,这个东西啊,肯定是编译报错了、要不就是崩溃啊

所以我就跟着写了些代码,结果发现:

WTF? 怎么能运行,而且结果竟然还是

1.webp.jpg

相信当你看到这个结果的时候会和我一样吃惊,不和逻辑啊,怎么竟然能执行成功并且还打印出来当前controller了,不符合常理啊。

解析

对于计算机而言,不存在什么魔法,如果一段代码能运行必然存在它的原理。

我们需要做的就是分析为什么能成功。

1.为什么调用不崩溃

我们需要了解,cls的意思。

cls在C语言里,就是一个指针,这个指针的内容指向Spark类

当我们通过void *obj = &cls;这个语句执行后,获取的就是一个指向这个指针cls的指针

事实上在这一步操作实现后,obj 这个指针就已经具有Object-c对象的功能了,为什么呢?接下来我们可以看看runtime实现原理了,这里我只说一点

//对象
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
//类 
struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法列表
struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法
struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

引自: iOS Runtime详解-简书

上述简介中部分是错误的,因为这个只是在<objc/runtime.h>中的显示,但是觉得直接删除又显现不出更改。因而在此专门写出,我会在下面给出正确的解释与数据来源

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;
}

数据来源: 苹果obj4开源代码 第1012行 用以替换 上述简书引用中的 objc_class

可以看到objc_object这个对象的首字段是isa 指向一个Class

也就是说,我们如果有一个指向Class的地址的指针,相当于这个对象就已经可以使用了,只是像他的成员变量等等的一系列值都还没有被初始化。

所以接下来用(__bridge id)obj,调用是不会产生问题的

2.为什么能打印出ViewController对象?

这个问题就是由两个小部分组成的

  1. name 这个属性是什么时候赋的值?

  2. ViewController 这个对象是什么时候被传入的?

首先我们需要先了解一下,一个类对象的数据是如何存储的。

这里我就按照上文一样引用很多的论证了,我们自己来探究

该上代码了:

@interface Cls : NSObject 

@property(nonatomic,strongNSString *test; 

@property(nonatomic,strongNSString *test1;

@end

@implementation Cls

- (void)printPrinter {
    NSLog(@"self:%p",self);
    NSLog(@"self.test:%p",&_test);
    NSLog(@"self.test1:%p",&_test1);
}

@end

接下来调用printPrinter,打印一下对象指针地址:

2.webp.jpg

可以发现,指针偏移量成员变量和指针首地址差8个字节,每个成员变量与上一个成员变量偏移量也是8个字节。

完成到这一步,我们仍然没有发现上述两个问题是应该怎么解释。但是我们知道了,一个Object-C 对象的指针,和它的成员变量的指针肯定是连续的。这就为接下来我们的分析提供了一些思路。

下一步,我在原本的题目中增加一行代码:

[super viewDidLoad];

NSString *str = @"11111";

id cls = [Spark class];

为啥要增加这行代码呢,这步是经过深(瞎)思(J)熟(B)虑(试),主要是考虑到函数内部的参数生成必然会需要地方存储,但这部分存储地址,我们是不知晓的,它的实现是被系统隐藏的。而我们的代码又没有明显的设置相关代码,那么必然是由这些条件实现的。所以当我们增加了这一行代码后,不出意外的,打印结果变了

2018-11-29 20:49:39.254021+0800 test[1961:92498] My name is:11111

变成了 我们 上述的值,这一切都和猜想的差不多

于是一个基本设想就出来了:

因为栈上的地址结构和原本类的需求地址结构高度重合了,同时所有地址都能访问到对应的值。我们通过栈的默认行为生成了一个Spark对象!

为了验证,我们打印一下cls和str的指针堆栈地址

NSLog(@"cls address:%p str address:%p",&cls,&str);

2018-11-29 21:03:30.490989+0800 test[2129:122769] cls address:0x7ffeebf4fa00 str address:0x7ffeebf4fa08

我们可以看到他们之间相差也正好是8,而且正好和对象结构体定义的一模一样。所以这也正好能说明我们上述的打印结果My name is:11111为什么会发生。

注:这个存在的原因是因为函数内部变量采用的小端模式,也就是将参数地址由栈区从高地址依次向低地址分配,所以我们打印cls地址会比str要小。

由此,第一个小问题就解决了,答案是因为我们在生成堆栈参数的时候,拼凑出了Spark对象的地址数据结构格式,和真正的对象地址数据结构一样,所以self.name就是在生成cls的那一刻起内存地址就已经被赋值了。

接下来到下一个问题了ViewController 是什么时候传入的?

在这一步里我们只能把目光向cls对象生成前执行的操作来看,[super viewDidLoad];我们只执行了这一步操作,那必然是这个操作产生的结果。为了验证,我们可以更改一下调用顺序

id cls = [Cls class];

[super viewDidLoad];

当我们进行这部操作后,会发现,执行speak方法时崩溃了,错误是EXC_BAC_ACCESS,说明是我们引用野指针了。

由此也可以证实,[super viewDidLoad];肯定做了一些骚操作,将ViewController的self压入了栈区。

接下来我们就需要探究究竟做了什么操作,我们可以用如下的命令行代码将ViewController.m重写成c++代码,然后观看发生了什么。

xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc ViewController.m -o ViewController.cpp


static void _I_ViewController_viewDidLoad(ViewController * self, SEL _cmd) {
    ((void (*)(__rw_objc_super *, SEL))(void *)objc_msgSendSuper)((__rw_objc_super){(id)self, (id)class_getSuperclass(objc_getClass("ViewController"))}, sel_registerName("viewDidLoad"));

我们可以发现原本这个方法里面会传入两个参数一个是self,一个是_cmd,当我们调用[super viewDidLoad]时,执行的方法中传入了参数self,由此将self做为一个值压入了栈中,但是_cmd这个参数并未被使用,因此,没有被压入栈中。

至此,这个问题已经被解释出来了。

答案

所有NSObject对象的首地址都是指向这个对象的所属类。这个条件是充要条件。反过来说,如果一个地址指向某个类,我们就可以把这个地址当成对象去用。所以编译是会通过的,也不会报unrecognized selector的错误。

打印结果会是ViewController对象的原因是因为cls在栈上的数据结构符合了它作为真实的类时候的数据结构,cls.name原本地址正好是栈上ViewController对象地址,因此NSLog能打印出<ViewController >

思索

这类问题,考察的东西很深,并且结合了很多知识点。但是当我们拿到面试题并且能进行思索的时候一定要好好的考虑,我对这道题的想法,也是在不断的试验中逐渐的完善,并且尝试了很多。其实找面试题为什么是这个答案的过程和,找代码找bug的流程都是类似的,都是排除变量,逐步探索,最终将探索过程和概念结合。

备注

也许答案不是很专业,希望大家如果有更专业的答案,可以告诉我。顺便同步推广自己的博客:www.wdtechnology.club/

谢谢您的阅读

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作者:chouheiwa

链接:https://juejin.im/post/5c00f560e51d45160c471440