面试题：Objective-C快速枚举底层实现原理及性能优化

1. 快速枚举底层实现原理

协议：快速枚举基于 NSFastEnumeration 协议。该协议定义了一个方法 - (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(__unsafe_unretained id [])stackbuf count:(NSUInteger)len。
方法：通过这个方法，对象可以返回其包含的对象数量，并将对象填充到给定的缓冲区中。NSFastEnumerationState 结构体用于维护枚举状态，包括当前索引、是否已完成等信息。
runtime机制：在运行时，编译器会将快速枚举的代码转化为对 NSFastEnumeration 协议方法的调用。这种机制允许集合类（如 NSArray、NSDictionary 等）提供高效的枚举实现，因为它避免了传统 NSEnumerator 的开销，直接在对象内部进行快速迭代。

2. 性能优化思路

思路一：减少内存拷贝

原理：在快速枚举中，stackbuf 是一个栈上的缓冲区。当数据集很大时，频繁地将对象填充到这个缓冲区可能会导致性能问题。通过使用基于堆的缓冲区，可以减少栈上的内存压力和拷贝次数。
实现方式：自定义一个符合 NSFastEnumeration 协议的类，在实现 - (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(__unsafe_unretained id [])stackbuf count:(NSUInteger)len 方法时，分配一个堆上的缓冲区（例如 malloc 分配内存），并在枚举完成后释放它。示例代码如下：

@implementation LargeDataSet
{
    NSMutableArray *data;
}

- (instancetype)initWithData:(NSMutableArray *)array {
    self = [super init];
    if (self) {
        data = array;
    }
    return self;
}

- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(__unsafe_unretained id [])stackbuf count:(NSUInteger)len {
    if (state->state == 0) {
        state->mutationsPtr = &data;
        state->extra[0] = 0;
    }
    NSUInteger count = data.count - state->extra[0];
    if (count > len) {
        count = len;
    }
    for (NSUInteger i = 0; i < count; i++) {
        stackbuf[i] = data[state->extra[0] + i];
    }
    state->extra[0] += count;
    return count;
}

@end

思路二：分段枚举

原理：将大数据集分成多个较小的段进行枚举，每次只处理一段数据，减少一次性处理的数据量，降低内存压力。
实现方式：在自定义类中，记录数据集的总长度，并在 NSFastEnumeration 协议方法中根据当前枚举状态计算出当前段的起始和结束索引。例如：

@implementation LargeDataSet
{
    NSMutableArray *data;
    NSUInteger segmentSize;
}

- (instancetype)initWithData:(NSMutableArray *)array segmentSize:(NSUInteger)size {
    self = [super init];
    if (self) {
        data = array;
        segmentSize = size;
    }
    return self;
}

- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(__unsafe_unretained id [])stackbuf count:(NSUInteger)len {
    if (state->state == 0) {
        state->mutationsPtr = &data;
        state->extra[0] = 0;
    }
    NSUInteger startIndex = state->extra[0];
    NSUInteger endIndex = MIN(startIndex + segmentSize, data.count);
    NSUInteger count = endIndex - startIndex;
    if (count > len) {
        count = len;
    }
    for (NSUInteger i = 0; i < count; i++) {
        stackbuf[i] = data[startIndex + i];
    }
    state->extra[0] += count;
    return count;
}

@end

在使用时，可以像这样创建并枚举对象：

NSMutableArray *largeData = [NSMutableArray arrayWithCapacity:1000000];
// 填充数据
LargeDataSet *dataSet = [[LargeDataSet alloc] initWithData:largeData segmentSize:1000];
for (id obj in dataSet) {
    // 处理对象
}

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面试题：Objective-C快速枚举底层实现原理及性能优化

知识考点

面试题答案

1. 快速枚举底层实现原理

2. 性能优化思路

思路一：减少内存拷贝

思路二：分段枚举