面试题：Objective - C运行时机制下与C语言的深度融合及性能优化

优化思路

内联函数：
- 对于短小的C语言函数，可以将其定义为内联函数。在编译时，内联函数的代码会直接嵌入到调用处，避免了函数调用的开销。在Objective - C中可以通过__attribute__((always_inline))来定义内联函数。
函数指针缓存：
- 如果有一些频繁调用的C语言函数，可以缓存其函数指针。在Objective - C运行时，避免每次都去查找函数地址，减少动态查找的开销。
减少栈操作：
- C语言函数调用通常会涉及栈操作，如参数传递、返回地址保存等。可以尽量减少传递的参数数量，并且如果可能，使用寄存器传递参数（在一些编译器支持的情况下），以减少栈操作的开销。
利用Objective - C运行时缓存：
- Objective - C运行时有自己的缓存机制，例如方法缓存。虽然C语言函数本身没有直接使用这个缓存，但可以通过一些方式间接利用。比如将C语言函数包装成Objective - C方法，利用Objective - C运行时的缓存来优化调用。

关键代码片段

内联函数示例：

// 定义一个内联函数
__attribute__((always_inline)) int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

函数指针缓存示例：

#import <Foundation/Foundation.h>

// 假设这是一个C语言函数
int someCFunction(int param);

@interface MyClass : NSObject
@property (nonatomic, assign) int (*cachedFunction)(int);
@end

@implementation MyClass
- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        // 缓存函数指针
        self.cachedFunction = someCFunction;
    }
    return self;
}
- (int)callCachedFunctionWithParam:(int)param {
    return self.cachedFunction(param);
}
@end

包装C函数为Objective - C方法示例：

// C语言函数
int cFunction(int a, int b) {
    return a + b;
}

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface MathHelper : NSObject
+ (int)add:(int)a b:(int)b;
@end

@implementation MathHelper
+ (int)add:(int)a b:(int)b {
    return cFunction(a, b);
}
@end

性能测试方案

使用mach_absolute_time：
- 在Objective - C代码中，可以使用mach_absolute_time函数来获取高精度的时间戳。在调用C语言函数前后分别获取时间戳，计算时间差来衡量函数调用的性能。

#import <mach/mach_time.h>

// 测试内联函数
mach_timebase_info_data_t timebase;
mach_timebase_info(&timebase);
uint64_t start = mach_absolute_time();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    add(i, i + 1);
}
uint64_t end = mach_absolute_time();
uint64_t elapsed = (end - start) * timebase.numer / timebase.denom;
NSLog(@"内联函数调用1000000次耗时: %llu 纳秒", (unsigned long long)elapsed);

// 测试缓存函数指针调用
start = mach_absolute_time();
MyClass *obj = [[MyClass alloc] init];
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    [obj callCachedFunctionWithParam:i];
}
end = mach_absolute_time();
elapsed = (end - start) * timebase.numer / timebase.denom;
NSLog(@"缓存函数指针调用1000000次耗时: %llu 纳秒", (unsigned long long)elapsed);

// 测试包装后的Objective - C方法调用
start = mach_absolute_time();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    [MathHelper add:i b:i + 1];
}
end = mach_absolute_time();
elapsed = (end - start) * timebase.numer / timebase.denom;
NSLog(@"包装后的Objective - C方法调用1000000次耗时: %llu 纳秒", (unsigned long long)elapsed);

使用 Instruments：
- Instruments是Xcode自带的性能分析工具。可以在Instruments中选择“Time Profiler”模板，运行应用程序。在分析结果中，可以查看不同函数（包括C语言函数和Objective - C包装后的函数）的调用时间、调用次数等详细信息，从而直观地比较优化前后的性能差异。

面试题：Objective - C运行时机制下与C语言的深度融合及性能优化

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