"2022" 新 iOS 開發進階+面試大全（一）

這篇文章可能有點長，所以分了三篇文章記錄。內容來自網上的面試題以及自己面試過程中遇到的問題總結，也會定期更新，不合理的地方歡迎指正。

  • 更多技術題合集：

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為自己的面試，為自己的跳槽，加油吧 iOS開發

一、分類和擴展

  • 分類和擴展有什么區別？

category

1、分類給類添加方法
2、不能通過正常模式給類添加屬性，但是可以通過 runtime 添加
3、如果在分類中通過@property定義屬性，那么只會對屬性的 getter setter 方法進行聲明，不會實現。同時也不會生成帶下劃線的成員變量
4、在運行時才會編譯代碼

extension

1、擴展可以看成是特殊的分類 匿名分類
2、可以給類添加屬性，私有
3、可以給類添加方法，也是私有
4、在編譯時期就會編譯，與 .h 文件中的@interface和.m文件里的@implement一起形成了一個完整的類
5、擴展一般用來隱藏類的信息，所以使用擴展的前提是要有類的源碼！所以針對系統自帶的類，是無法使用擴展的。

為什么分類可以添加方法，而不能添加成員變量？？？

因為在運行時，類的內部布局早已經確定，如果添加實例變量，會破壞類的內部布局。
  • 分類的結構體里面有哪些成員？

category 是一個指向類結構體的指針，其結構體的定義如下：

typedef struct objc_category *Category;

struct objc_category {
    char *category_name                          OBJC2_UNAVAILABLE; // 分類名
    char *class_name                             OBJC2_UNAVAILABLE; // 分類所屬的類名
    struct objc_method_list *instance_methods    OBJC2_UNAVAILABLE; // 實例方法列表
    struct objc_method_list *class_methods       OBJC2_UNAVAILABLE; // 類方法列表
    struct objc_protocol_list *protocols         OBJC2_UNAVAILABLE; // 分類所實現的協議列表
}

可以 與 objc_class 的結構體進行對比：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                       OBJC2_UNAVAILABLE;  // 父類
    const char *name                        OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類名
    long version                            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類的版本信息，默認為0
    long info                               OBJC2_UNAVAILABLE;  // 類信息，供運行期使用的一些位標識
    long instance_size                      OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的實例變量大小
    struct objc_ivar_list *ivars            OBJC2_UNAVAILABLE;  // 該類的成員變量鏈表
    struct objc_method_list **methodLists   OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法定義的鏈表
    struct objc_cache *cache                OBJC2_UNAVAILABLE;  // 方法緩存
    struct objc_protocol_list *protocols    OBJC2_UNAVAILABLE;  // 協議鏈表
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

經過對比，發現少了一個 struct objc_ivar_list *ivars 成員變量列表！！！這也就說明了 分類是不能添加成員變量的。

  • 分類加載和方法調用順序

    1、 加載：先加載原始類的 load() 方法 ，再去加載 分類中的 load() 方法，如果有多個分類，則按照編譯順序加載

    2、調用：先調用分類中的方法，再去調用原始類中的方法，如果要是重名，則會覆蓋原始類中的方法（因為在方法列表中，分類的方法會排在原始類中同名方法的前面）。

二、atomic的實現機制；為什么不能保證絕對的線程安全（最好可以結合場景來說）？

  • atomic

atomic

1、會對屬性的 setter/getter 方法進行加鎖，這僅僅只能保證在 操作 setter/getter 方法是安全的。不能保證其他線程的安全
2、例如 : 線程1調用了某一屬性的setter方法并進行到了一半,線程2調用其getter方法,那么會執行完setter操作后,在執行getter操作,線程2會獲取到線程1 setter后的完整的值.
3、當幾個線程同時調用同一屬性的setter、getter方法時,會get到一個完整的值,但get到的值不可控。

例如 : 線程1 調用getter ，線程2 調用setter，線程3 調用setter，這3個線程并行同時開始,線程1會get到一個值,但是這個值不可控,可能是線程2,線程3 set之前的原始值,可能是線程2 set的值,也可能是線程3 set的值

  • atomic是線程安全的嗎?

不是,很多文章談到atomic和nonatomic的區別時,都說atomic是線程安全,其實這個說法是不準確的.atomic只是對屬性的getter/setter方法進行了加鎖操作,這種安全僅僅是set/get 的讀寫安全,并非真正意義上的線程安全,因為線程安全還有讀寫之外的其他操作

比如:如果當一個線程正在get或set時,又有另一個線程同時在進行release操作,可能會直接crash
  • nonatomic

nonatomic

系統生成的getter/setter方法沒有加鎖線程不安全,但更快當多個線程同時訪問同一個屬性,會出現無法預料的結果

  • atomic的seter getter內部實現
- (void)setCurrentImage:(UIImage *)currentImage
{
    @synchronized(self) {
        if (_currentImage != currentImage) {
            [_currentImage release];
            _currentImage = [currentImage retain];

        }
    }
}

- (UIImage *)currentImage
{
    @synchronized(self) {
        return _currentImage;
    }
}
  • nonatomic的seter getter內部實現
- (void)setCurrentImage:(UIImage *)currentImage
{
    if (_currentImage != currentImage) {
        [_currentImage release];
        _currentImage = [currentImage retain];

    }
}
- (UIImage *)currentImage
{
    return _currentImage;
}

三、被weak修飾的對象在被釋放的時候會發生什么？是如何實現的？知道sideTable么？里面的結構可以畫出來么？

參考：http://www.lxweimin.com/p/b93d61418f17
這個問題在 數據結構&&算法里面做了解答

四、關聯對象有什么應用，系統如何管理關聯對象？其被釋放的時候需要手動將其指針置空么？

我們在 iOS 開發中經常需要使用分類（Category），為已經存在的類添加屬性的需求，但是使用 @property 并不能在分類中正確創建實例變量和存取方法。這時候就會用到關聯對象。

分類中的 @property
@interface DKObject : NSObject

@property (nonatomic, strong) NSString *property;

@end

在使用上述代碼時會做三件事：

  • 生成帶下劃線的實例變量 _property
  • 生成 getter 方法 - property
  • 生成 setter 方法 - setProperty:
@implementation DKObject {
    NSString *_property;
}

- (NSString *)property {
    return _property;
}

- (void)setProperty:(NSString *)property {
    _property = property;
}

@end

這些代碼都是編譯器為我們生成的，雖然你看不到它，但是它確實在這里，我們既然可以在類中使用 @property 生成一個屬性，那么為什么在分類中不可以呢？

我們來做一個小實驗：創建一個 DKObject 的分類 Category，并添加一個屬性 categoryProperty：

@interface DKObject (Category)

@property (nonatomic, strong) NSString *categoryProperty;

@end

看起來還是很不錯的，不過 Build 一下這個 Demo，會發現有這么一個警告：

image

在這里的警告告訴我們 categoryProperty 屬性的存取方法需要自己手動去實現，或者使用 @dynamic 在運行時實現這些方法。

換句話說，分類中的 @property 并沒有為我們生成實例變量以及存取方法，而需要我們手動實現。

使用關聯對象

Q：我們為什么要使用關聯對象？

A：因為在分類中 @property 并不會自動生成實例變量以及存取方法，所以一般使用關聯對象為已經存在的類添加『屬性』。

以下是與關聯對象有關的 API，并在分類中實現一個偽屬性：

#import "DKObject+Category.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation DKObject (Category)

- (NSString *)categoryProperty {
    return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}

- (void)setCategoryProperty:(NSString *)categoryProperty {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(categoryProperty), categoryProperty, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

@end

這里的 _cmd 代指當前方法的選擇子，也就是 @selector(categoryProperty)。

我們使用了兩個方法 objc_getAssociatedObject 以及 objc_setAssociatedObject 來模擬『屬性』的存取方法，而使用關聯對象模擬實例變量。

在這里有必要解釋兩個問題：

  • 為什么向方法中傳入 @selector(categoryProperty)？
  • OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 是干什么的？

關于第一個問題，我們需要看一下這兩個方法的原型：

id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key);
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy);

@selector(categoryProperty) 也就是參數中的key，其實可以使用靜態指針 static void *類型的參數來代替，不過在這里，筆者強烈推薦使用 @selector(categoryProperty) 作為 key 傳入。因為這種方法省略了聲明參數的代碼，并且能很好地保證 key 的唯一性。

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 又是什么呢？如果我們使用 Command 加左鍵查看它的定義：

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object. 
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied. 
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                            *   The association is made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied.
                                            *   The association is made atomically. */
};

從這里的注釋我們能看到很多東西，也就是說不同的 objc_AssociationPolicy 對應了不通的屬性修飾符：

objc_AssociationPolicy modifier
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC nonatomic, strong
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC nonatomic, copy
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN atomic, strong
OBJC_ASSOCIATION_COPY atomic, copy

而我們在代碼中實現的屬性 categoryProperty 就相當于使用了 nonatomic 和 strong 修飾符。

在obj dealloc時候會調用object_dispose，檢查有無關聯對象，有的話_object_remove_assocations刪除

五、KVO的底層實現？如何取消系統默認的KVO并手動觸發（給KVO的觸發設定條件：改變的值符合某個條件時再觸發KVO）？

實現原理：

image
  • 當某個類的對象第一次被觀察時，系統就會在運行期動態地創建該類的一個派生類，在這個派生類中重寫基類中任何被觀察屬性的 setter 方法。
  • 派生類在被重寫的 setter 方法中實現真正的通知機制，就如前面手動實現鍵值觀察那樣。這么做是基于設置屬性會調用 setter 方法，而通過重寫就獲得了 KVO 需要的通知機制。當然前提是要通過遵循 KVO 的屬性設置方式來變更屬性值，如果僅是直接修改屬性對應的成員變量，是無法實現 KVO 的。
  • 同時派生類還重寫了 class 方法以“欺騙”外部調用者它就是起初的那個類。然后系統將這個對象的 isa 指針指向這個新誕生的派生類，因此這個對象就成為該派生類的對象了，因而在該對象上對 setter 的調用就會調用重寫的 setter，從而激活鍵值通知機制。此外，派生類還重寫了 dealloc 方法來釋放資源。

KVO與Notification之間的區別：

  • notification是需要一個發送notification的對象，一般是notificationCenter，來通知觀察者。

  • KVO是直接通知到觀察對象，并且邏輯非常清晰，實現步驟簡單。

六、Autoreleasepool所使用的數據結構是什么？AutoreleasePoolPage結構體了解么？


每創建一個池子，會在首部創建一個 哨兵 對象,作為標記

最外層池子的頂端會有一個next指針。當鏈表容量滿了，就會在鏈表的頂端，并指向下一張表。

Autorelease對象什么時候釋放？

這個問題拿來做面試題，問過很多人，沒有幾個能答對的。很多答案都是“當前作用域大括號結束時釋放”，顯然木有正確理解Autorelease機制。

在沒有手加Autorelease Pool的情況下，Autorelease對象是在當前的runloop迭代結束時釋放的，而它能夠釋放的原因是系統在每個runloop迭代中都加入了自動釋放池Push和Pop

例子：

__weak id reference = nil;
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"sunnyxx"];    // str是一個autorelease對象，設置一個weak的引用來觀察它
    reference = str;
}
- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [super viewWillAppear:animated];    
    NSLog(@"%@", reference); 
    // Console: sunnyxx
}
- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated {
    [super viewDidAppear:animated];    
    NSLog(@"%@", reference); 
    // Console: (null)
}

當然，我們也可以手動干預Autorelease對象的釋放時機：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    @autoreleasepool {        NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"sunnyxx"];
    }    NSLog(@"%@", str); 
// Console: (null)
}
Autorelease原理

AutoreleasePoolPage

ARC下，我們使用@autoreleasepool{}來使用一個AutoreleasePool，隨后編譯器將其改寫成下面的樣子：

void *context = objc_autoreleasePoolPush();
// {}中的代碼objc_autoreleasePoolPop(context);

而這兩個函數都是對AutoreleasePoolPage的簡單封裝，所以自動釋放機制的核心就在于這個類。

AutoreleasePoolPage是一個C++實現的類

image
  • AutoreleasePool并沒有單獨的結構，而是由若干個AutoreleasePoolPage以雙向鏈表的形式組合而成（分別對應結構中的parent指針和child指針）。
  • AutoreleasePool是按線程一一對應的（結構中的thread指針指向當前線程）。
  • AutoreleasePoolPage每個對象會開辟4096字節內存（也就是虛擬內存一頁的大小），除了上面的實例變量所占空間，剩下的空間全部用來儲存autorelease對象的地址。
  • 上面的id *next指針作為游標指向棧頂最新add進來的autorelease對象的下一個位置。
  • 一個AutoreleasePoolPage的空間被占滿時，會新建一個AutoreleasePoolPage對象，連接鏈表，后來的autorelease對象在新的page加入。

所以，若當前線程中只有一個AutoreleasePoolPage對象，并記錄了很多autorelease對象地址時內存如下圖：

image

圖中的情況，這一頁再加入一個autorelease對象就要滿了（也就是next指針馬上指向棧頂），這時就要執行上面說的操作，建立下一頁page對象，與這一頁鏈表連接完成后，新page的next指針被初始化在棧底（begin的位置），然后繼續向棧頂添加新對象。

所以，向一個對象發送- autorelease消息，就是將這個對象加入到當前AutoreleasePoolPage的棧頂next指針指向的位置

釋放時刻

每當進行一次objc_autoreleasePoolPush調用時，runtime向當前的AutoreleasePoolPage中add進一個哨兵對象，值為0（也就是個nil），那么這一個page就變成了下面的樣子：

image

objc_autoreleasePoolPush的返回值正是這個哨兵對象的地址，被objc_autoreleasePoolPop(哨兵對象)作為入參，于是：

1.根據傳入的哨兵對象地址找到哨兵對象所處的page

2.在當前page中，將晚于哨兵對象插入的所有autorelease對象都發送一次- release消息，并向回移動next指針到正確位置

3.補充2：從最新加入的對象一直向前清理，可以向前跨越若干個page，直到哨兵所在的page（在一個page中，是從高地址向低地址清理）

剛才的objc_autoreleasePoolPop執行后，最終變成了下面的樣子：

image
嵌套的AutoreleasePool

知道了上面的原理，嵌套的AutoreleasePool就非常簡單了，pop的時候總會釋放到上次push的位置為止，多層的pool就是多個哨兵對象而已，就像剝洋蔥一樣，每次一層，互不影響。

七、class_ro_t 和 class_rw_t 的區別？

Class的結構
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class_rw_t

class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二維數組，是可讀可寫的，包含了類的初始內容、分類的內容

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class_ro_t

class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一維數組，是只讀的，包含了類的初始內容

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