iOS - Runtime
// 获取类 Class PersonClass = object_getClass([Person class]); // SEL是selector在Objc中的标示 method 是方法名 SEL oriSEL = @selector(method); // 获取类方法 Method oriMethod = class_getClassMethod(Class cls , SEL name); // 获取实例方法 Method insMethod = class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name); // 添加一个新方法 BOOL addSucc = class_addMethod(xiaomingClass, oriSEL, method_getImplementation(cusMethod), method_getTypeEncoding(cusMethod)); // 替换原方法实现 class_replaceMethod(toolClass, cusSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod)); // 交换两个方法 method_exchangeImplementations(oriMethod, cusMethod); // 获取一个类的属性列表(返回值是一个数组) objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count); // 获取一个类的方法列表(返回值是一个数组) Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count); // 获取一个类的成员变量列表 (返回值是一个数组) Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count); // 获取成员变量的名字 const char *ivar_getName(Ivar v) // 获取成员变量的类型 const char *ivar_getTypeEndcoding(Ivar v) // 获取一个类的协议列表(返回值是一个数组) __unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count); // set方法 //将值value 跟对象object 关联起来(将值value 存储到对象object 中) //参数 object:给哪个对象设置属性 //参数 key:一个属性对应一个Key,将来可以通过key取出这个存储的值,key 可以是任何类型:double、int 等,建议用char 可以节省字节 //参数 value:给属性设置的值 //参数policy:存储策略 (assign 、copy 、 retain就是strong) void objc_setAssociatedObject(id object , const void *key ,id value ,objc_AssociationPolicy policy) // get方法,利用参数key将对象object中存储的对应值取出来 id objc_getAssociatedObject(id object , const void *key)三、Runtime相关术语的数据结构
我感觉还是有必要看一下理论知识,如果不看跳过---
3.1 SEL它是selector(方法选择器)在Objc中的标示(Swift中是Selector类)。Objc在相同的类中不会有命名相同的两个方法。selector对方法名进行包装,以便找到对应的方法实现,它的数据结构:
// 它是个映射到方法的C语言字符串,可以通过Objc编译器命令@selector 或者Runtime 系统的 sel_registerName 函数来获取一个 SEL 类型的方法选择器。3.2 id
typedef struct objc_selector *SEL;
id 是一个参数类型,它是指向某个类的实例的指针。定义如下:
// 我们可以看到 objc_object 结构体包含一个isa指针,根据isa指针就可以找到对象所属的类。3.3 Class
// isa 指针在代码运行时并不总指向实例对象所属的类型,所以不能依靠它来确定类型,要想确定类型还是需要用对象的 -class方法。
// KVO的实现原理就是将被观察对象的isa指针指向了一个中间动态创建的中间类,而不是真实类型。
typedef struct objc_object *id; struct objc_object {Class isa;};
typedef struct objc_class *Class;
Class其实是指向objc_class 结构体的指针。objc_class 的数据结构如下:
struct objc_class { Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; #if !__OBJC2_ Class super_class// 父类 const char *name // 类名 long version // 类的版本信息,默认为0
long info // 类信息,供运行期间使用的一些位标识 long instance_size // 类的实例变量大小 struct objc_ivar_list *ivars // 累的成员变量链表 struct objc_method_list **methodLists // 方法链表 struct objc_cache *cache // 方法缓存 struct objc_protocol_list *protocols // 协议链表 #endif } OBJC2_UNAVAILABLE;
从 objc_class 可以看到,一个运行时类中关联了它的父类指针、类名、成员变量、方法、缓存以及附属的协议。
其中 objc_ivar_list 和 objc_method_list 分别是成员变量列表和方法列表:
// 成员变量列表 struct objc_ivar_list { int ivar_count OBJC2_UNAVAILABLE; #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif /* variable length structure */ struct objc_ivar ivar_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE; } 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; }
由此可见,我们可以动态修改 *methodList 的值来添加成员方法,这也是 Category 实现的原理,同样解释了 Category 不能添加属性的原因。
objc_ivar_list 结构体用来存储成员变量的列表,而 objc_ivar 则是存储了单个成员变量的信息;同理,objc_method_list 结构体存储着方法数组的列表,而单个方法的信息则由 objc_method 结构体存储。
值得注意的是,objc_class 中也有一个 isa 指针,这说明 Objc 类本身也是一个对象。为了处理类和对象的关系,Runtime库创建了一种叫做 Meta Class(元类) 的东西,类对象所属的类就叫做元类。元类表述了类对象本身所具备的元数据。
我们所熟悉的类方法,就源自于 Meta Class。我们可以理解为类方法就是类对象的实例方法。每个类仅有一个类对象,而每个类对象仅有一个与之相关的元类。
当你发出一个类似 [NSObject alloc] (类方法)的消息时,实际上,这个消息被发送给了一个类对象,这个类对象必须是一个元类的实例,而这个元类同时也是一个根元类的实例,所有元类的isa指针最终都指向根元类。
所以当 [NSObject alloc] 这条消息发送给类对象的时候,运行时代码 objc_msgSend() 会去它元类中查找能够响应消息的方法实现,如果找到了,就会对这个类对象执行方法调用。
3.4 MethodMethod 是一个方法结构体的指针:
typedef struct objc_method *Method; struct objc_method { SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE; char *method_types // 方法的返回值,和各个参数类型的字符串描述; IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; }
objc_method 存储了方法名,方法类型和方法实现:
方法名类型为SEL 方法类型 method_types 是个char指针,存储方法的参数类型和返回值类型 method_imp 指向了方法的实现,本质是一个函数指针 3.5 IvarIvar 是表示成员变量的类型。
typedef struct objc_ivar *Ivar; struct objc_ivar { char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif }3.6 IMP
其中,有成员变量的名称,类型,空间, ivar_offset是基地址偏移字节
IMP在objc.h中的定义是:
typedef id (*IMP)(id, SEL,...);
它就是一个函数指针,这是由编译器生成的。当你发起一个ObjC消息之后,最终它会执行的那段代码就是由这个函数指针指定的。而 IMP 这个函数指针就指向了这个方法的实现。
如果得到了执行某个实例某个方法的入口,我们就可以绕开消息传递阶段,直接执行方法,这在后面Cache中会提到。
你会发现 IMP 指向的方法与 objc_msgSend 函数类型相同,参数都包含 id 和 SEL 类型。每个方法对应一个 SEL 类型的方法选择器,而每个实例对象中的SEL对应的方法实现肯定是唯一的,通过id和 SEL 参数就能确定唯一的方法实现地址,而一个确定的方法也只有唯一的一组 id 和 SEL 参数。
3.7 CacheCache 定义如下:
typedef struct objc_cache *Cache struct objc_cache { unsigned int mask /* total = mask + 1 */ OBJC2_UNAVAILABLE; unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE; Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE; };
Cache 为方法调用的性能进行优化,每当实例对象接收到一个消息时,它不会直接在 isa 指针指向的类的方法列表中遍历查找到能够响应的方法,因为每次都要查找效率太低了,而是优先在 Cache 中查找。
Runtime 系统会把被调用的方法存到 Cache 中,如果一个方法被调用,那么它有可能今后还会被调用,下次查找的收就会效率更高。
四、消息发送和消息转发 4.1 消息发送消息发送举例:
[person read:book];
会被编译成:
objc_msgSend(person, @selector(read:), book);
objc_msgSend的具体流程如下:
通过 isa 指针找到所属的类 查找类的 cache 列表,如果没有则下一步 查找类的方法列表 如果能找到与选择子名称相符的方法,就跳至其实现代码 找不到的话,就沿着继承体系继续向上查找 如果能够找到与选择子名称相符的方法,就调至其实现代码 如果还没找到,就执行 “消息转发” 4.2 消息转发这里会给接收者最后一次机会把这个方法处理了,搞不定程序就会崩溃
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation // invocation : 封装了与那条尚未处理的消息相关的所有细节的对象
在这里能做的比较现实的事就是:在触发消息前,先以某种方式改变消息内容,比如追加另外一个参数,或是改变消息等等。实现此方法时,如果发现某调用操作不应该由本类处理,可以调用超类的同名方法,则继承体系中的每个类都有机会处理该请求,知道 NSObject ,如果NSObject 搞不定,则还会调用 doesNotRecognizeSelector: 来抛出异常,此时你就会在控制台看到熟悉的 unrecognized selector sent to instance..1
上面这4个方法均是模板方法,开发者可以override,由runtime来调用。最常见的实现消息转发,就是重写3和4。
五、Runtime的作用 5.1 发送消息 方法调用的本质,就是让对象发送消息; objc_msgSend,只有对象才能发送消息,因此以objc开头; 使用消息机制的前提,必须导入 #import<objc/message.h> 消息机制简单使用// 比如创建一个Person对象,我们通常会如下写 Person *p = [[Person alloc] init]; // 其实方法的调用就是向这个对方发送消息,所以上面的代码底层实现的主要代码就是: // 由于iOS5以后,苹果不支持这样写,所以需要在 Build Setting 中 将 Enable Strick Checking 设置为 NO Person *p = objc_msgSend(objc_msgSend(objc_getClass("Person"),sel_registerName("alloc")),sel_registerName("init"));
消息机制的原理:对象根据方法编号SEL去映射表查找对应的方法实现。
5.2 交换方法
简单来说就是将两个方法实现进行交换,比如系统自带的方法功能不够,我们想给系统自带的方法扩展一些功能,并且保持原有的功能,我们就可以使用Runtie,交换方法。
比如:我们想在 NSMutableArray 添加新对象的时候,进行置空判断。
// 需求:给 addObject: 方法提供功能,当添加一个新的对象时,进行为空判断 // 1 先弄个分类 定义一个 能添加新对象又能进行为空判断的方法 // 2 和系统的方法进行交换 #import <objc/message.h> @implementation NSMutableArray (Category) // 加载分类到内存的时候调用,会比main函数先调用 +(void)load{ // 交换方法 获取类名,如果使用[self class] 获取的是 NSMutableArray ,因为NSMutableArray 是类簇,这个可以看看了解一下 Class selfClass = NSClassFromString(@"__NSArrayM"); // 获取系统 addObject: 方法地址 SEL sel_add = @selector(addObject:); Method addObject1 = class_getInstanceMethod(selfClass, sel_add); // 获取自定义 safeAddObject: 方法地址 SEL sel_safeAdd = @selector(safeAddObject:); Method safeAddObject2 = class_getInstanceMethod(selfClass, sel_safeAdd); // 然后交换方法地址,相当于交换实现方式 method_exchangeImplementations(addObject1,safeAddObject2); } // 我们这里定义一个新的添加对象的方法 , 不能在分类中重写系统方法 addObject 这样会覆盖系统的addObject ,并且分类中也不能使用 super - (void)safeAddObject:(id)anObject{ // 我们可以加判断,如果对象为空 if (!anObject) { NSLog(@"对象为空,添加新对象失败"); return; } // 这里调用 safeAddObject 其实是调用 addObject: 因为在load 方法中,系统的方法和你自己实现的方法已经交换了 [self safeAddObject:anObject]; }5.3 动态添加方法
如果一个类方法非常多,加载类到内存的时候也比较耗费资源,需要给每个方法生成映射表,可以使用动态给某个类,添加方法解决。
NSMutableArray *mArr = [NSMutableArray array]; // WCE_addObject 方法只是在分类中声明,但是并没有实现 [mArr performSelector:@selector(WCE_addObject)]; // 现在我们在分类中默认去实现 / 当对象调用一个未实现的对象方法,会进入这个方法,并把对应的方法列表传过来 +(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{ if (sel == @selector(WCE_addObject)) { // 动态添加 WCE_addObject 方法 // 第一个参数:给哪个类添加方法 // 第二个参数:添加方法的方法编号 // 第三个参数:添加方法的函数实现(函数地址) 这里需要转换一下 // 第四个参数:函数的类型,(返回值+参数类型) v:void @:对象-self SEL:_cmd class_addMethod(self, @selector(WCE_addObject), (void *)WCE_addObject, "v@:"); } return [super resolveInstanceMethod:sel]; } // 默认方法都有两个隐式参数 调用方法者 调用的方法 void WCE_addObject(id self,SEL sel){ NSLog(@"这个方法被默认执行了"); }5.4 给分类添加属性
给一个类声明属性,其实本质就是给这个类添加关联,并不是直接把这个值的内存空间添加到类存空间。
比如我们想给NSMutableArr类动态添加一个wce_name属性:
// wce_name 是动态的给NSMutableArray 添加的属性 NSMutableArray *mArr = [NSMutableArray array]; mArr.wce_name = @"这是我的东西哦"; NSLog(@"%@",mArr.wce_name); // 下面是具体实现 // 定义关联的key static const char *key = "wce_name"; @implementation NSMutableArray (Property) -(NSString *)wce_name{ // 根据关联的key,获取关联的值 return objc_getAssociatedObject(self, key); } -(void)setWce_name:(NSString *)wce_name{ // 第一个参数:给哪个对象添加关联 // 第二个参数:关联的key,通过这个key获取 // 第三个参数:关联的value // 第四个参数:关联的策略 retain copy strong objc_setAssociatedObject(self, key, wce_name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC); }5.5 获取对象的所有属性
比如我们想把一个字典转化成对象,可以使用KVC,setValuesForKeysWithDictionary: ,但是必须要保证:模型中的属性和字典中key一一对应,如果不一致,就会报错。
所以,我们可以使用Runtime,遍历对象中的所有属性,根据模型的属性名,去字典中查找key,取出对应的值,给模型的属性赋值。建一个NSObject分类,专门字典转模型,以后所有的模型都可以通过这个分类转。
// 字典转model + (instancetype)WCE_objectWithKeyValues:(NSDictionary *)dict{ NSArray *propertyList = [self WCE_propertyList]; id object = [[self alloc] init]; for (NSString *key in propertyList) { if (dict[key]) { [object setValue:dict[key] forKey:key]; } } return object; } // 获取所有的属性列表 + (NSArray *)WCE_propertyList{ NSMutableArray *mArr = [NSMutableArray array]; // 获取所有的属性列表 unsigned int count = 0; // 获取各种所有成员属性,无论是属性还是成员变量。私有的也可以,这里假设Person只有三个属性5.6 动态添加一个类
// 如果只想获取属性可以用 class_copyPropertyList Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count); for (int i = 0; i < count; i++) { Ivar ivar = ivarList[i]; // 获取成员属性名 NSString *name = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)]; // 因为获取的是属性,成员变量就是 _属性名,这里是去除下划线 name = [name substringFromIndex:1]; // 添加到数组 [mArr addObject:name]; } return mArr; }
KVO(键值观察)的实现就是利用的runtime能够动态添加类
当你对一个对象进行观察时,系统会自动新建一个类继承自源类,然后重写被观察属性的setter方法,然后重写的setter方法会负责在调用原setter方法前后通知观察者,然后把原对象的isa指针指向这个新类,我们知道,对象是通过isa指针去查找自己是属于哪个类,并去所在类的方法列表中查找方法的,所以这个时候这个对象就自然地变成了新类的实例对象。
就像KVO一样,系统是在程序运行的时候,根据你要监听的类,动态添加一个新类继承自该类,然后重写原类的setter方法并在里面通知observer的。
那么,如何动态添加一个类呢?
// 创建一个类(size_t extraBytes该参数通常指定为0, 该参数是分配给类和元类对象尾部的索引ivars的字节数。) Class clazz = objc_allocateClassPair([NSObject class], "GoodPerson", 0); // 添加ivar // @encode(aType) : 返回该类型的C字符串 class_addIvar(clazz, "_name", sizeof(NSString *), log2(sizeof(NSString *)), @encode(NSString *)); class_addIvar(clazz, "_age", sizeof(NSUInteger), log2(sizeof(NSUInteger)), @encode(NSUInteger)); // 注册该类 objc_registerClassPair(clazz); // 创建实例对象 id object = [[clazz alloc] init]; // 设置ivar [object setValue:@"Tracy" forKey:@"name"]; Ivar ageIvar = class_getInstanceVariable(clazz, "_age"); object_setIvar(object, ageIvar, @18); // 打印对象的类和内存地址 NSLog(@"%@", object); // 打印对象的属性值 NSLog(@"name = %@, age = %@", [object valueForKey:@"name"], object_getIvar(object, ageIvar)); // 当类或者它的子类的实例还存在,则不能调用objc_disposeClassPair方法 object = nil; // 销毁类 objc_disposeClassPair(clazz);
六、项目中的具体使用 6.1 替换系统的方法
也就是将系统的方法和自己定义的方法替换,比如可变数组添加新对象、按标取值时的增加的防止崩溃的判断,当我们接手一个新项目时,想更快了解界面跳转,可以替换系统的viewWillAppear:方法。
6.2 实现分类也可以添加属性MJRefresh 就是动态的给UIScrollView增加的mj_header和mj_footer
6.3 字典和模型的自动转换其实主要的也是使用了,遍历属性这个方法。
6.4 动态的增加方法动态的为某个类增加一个方法,可以对某一个功能,做扩展。
6.5 自动归档和自动解档我们假设有个Moviel类,有三个属性 id name url ,通常在归解档的时候,我们都会
实现这两个协议方法:
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder { [aCoder encodeObject:_movieId forKey:@"id"]; [aCoder encodeObject:_movieName forKey:@"name"]; [aCoder encodeObject:_pic_url forKey:@"url"]; } - (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder { if (self = [super init]) { self.movieId = [aDecoder decodeObjectForKey:@"id"]; self.movieName = [aDecoder decodeObjectForKey:@"name"]; self.pic_url = [aDecoder decodeObjectForKey:@"url"]; } return self; } @end
如果这里有100个属性,那么我们也只能把100个属性都给写一遍,
不过用runtime之后,就简单了:
#import "Movie.h" #import <objc/runtime.h> @implementation Movie - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder { unsigned int count = 0; Ivar *ivars = class_copyIvarList([Movie class], &count); for (int i = 0; i<count; i++) { // 取出i位置对应的成员变量 Ivar ivar = ivars[i]; // 查看成员变量 const char *name = ivar_getName(ivar); // 归档 NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name]; id value = [self valueForKey:key]; [encoder encodeObject:value forKey:key]; } free(ivars); } - (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder { if (self = [super init]) { unsigned int count = 0; Ivar *ivars = class_copyIvarList([Movie class], &count); for (int i = 0; i<count; i++) { // 取出i位置对应的成员变量 Ivar ivar = ivars[i]; // 查看成员变量 const char *name = ivar_getName(ivar); // 归档 NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name]; id value = [decoder decodeObjectForKey:key]; // 设置到成员变量身上 [self setValue:value forKey:key]; } free(ivars); } return self; } @end
如果还嫌麻烦,我们可以把encodeWithCoder 和 initWithCoder 这两个方法抽成宏
#import "Movie.h" #import <objc/runtime.h> #define encodeRuntime(A) \ \ unsigned int count = 0;\ Ivar *ivars = class_copyIvarList([A class], &count);\ for (int i = 0; i<count; i++) {\ Ivar ivar = ivars[i];\ const char *name = ivar_getName(ivar);\ NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];\ id value = [self valueForKey:key];\ [encoder encodeObject:value forKey:key];\ }\ free(ivars);\ \ #define initCoderRuntime(A) \ \ if (self = [super init]) {\ unsigned int count = 0;\ Ivar *ivars = class_copyIvarList([A class], &count);\ for (int i = 0; i<count; i++) {\ Ivar ivar = ivars[i];\ const char *name = ivar_getName(ivar);\ NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];\ id value = [decoder decodeObjectForKey:key];\ [self setValue:value forKey:key];\ }\ free(ivars);\ }\ return self;\ \ @implementation Movie - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)encoder { encodeRuntime(Movie) } - (id)initWithCoder:(NSCoder *)decoder { initCoderRuntime(Movie) } @end6.6 界面指定跳转
在接收推送通知的时候,我们希望可以点击这条通知跳转到对应的页面,简单的方法就是,判断,在判断。但是我们可以利用runtime动态生成对象、属性、方法这特性,我们可以先跟服务端商量好,定义跳转规则,比如要跳转到A控制器,需要传属性 id、type,那么服务端返回字典给我,里面有控制器名,两个属性名跟属性值,客户端就可以根据控制器名生成对象,再用kvc给对象赋值,这样就搞定了。
比如,根据推送规则跳转对应页面 HSFeedsViewController
// 进入该页面需要穿的属性 @interface HSFeedsViewController : UIViewController // 注:根据下面的两个属性,可以从服务器获取对应的频道列表数据 /** 频道ID */ @property (nonatomic, copy) NSString *ID; /** 频道type */ @property (nonatomic, copy) NSString *type; @end
AppDelegate.m 中添加以下代码片段:
// 这个规则肯定事先跟服务端沟通好,跳转对应的界面需要对应的参数 NSDictionary *userInfo = @{ @"class": @"HSFeedsViewController", @"property": @{ @"ID": @"123", @"type": @"12" } };
接收到推送的消息后:
- (void)push:(NSDictionary *)params { // 类名 NSString *class =[NSString stringWithFormat:@"%@", params[@"class"]]; const char *className = [class cStringUsingEncoding:NSASCIIStringEncoding]; // 从一个字串返回一个类 Class newClass = objc_getClass(className); if (!newClass) { // 创建一个类 Class superClass = [NSObject class]; newClass = objc_allocateClassPair(superClass, className, 0); // 注册你创建的这个类 objc_registerClassPair(newClass); } // 创建对象 id instance = [[newClass alloc] init]; // 对该对象赋值属性 NSDictionary * propertys = params[@"property"]; [propertys enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id key, id obj, BOOL *stop) { // 检测这个对象是否存在该属性 if ([self checkIsExistPropertyWithInstance:instance verifyPropertyName:key]) { // 利用kvc赋值 [instance setValue:obj forKey:key]; } }]; // 获取导航控制器 UITabBarController *tabVC = (UITabBarController *)self.window.rootViewController; UINavigationController *pushClassStance = (UINavigationController *)tabVC.viewControllers[tabVC.selectedIndex]; // 跳转到对应的控制器 [pushClassStance pushViewController:instance animated:YES]; }
// 检查对象是否存在该属性:
- (BOOL)checkIsExistPropertyWithInstance:(id)instance verifyPropertyName:(NSString *)verifyPropertyName { unsigned int outCount, i; // 获取对象里的属性列表 objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([instance class], &outCount); for (i = 0; i < outCount; i++) { objc_property_t property =properties[i]; // 属性名转成字符串 NSString *propertyName = [[NSString alloc] initWithCString:property_getName(property) encoding:NSUTF8StringEncoding]; // 判断该属性是否存在 if ([propertyName isEqualToString:verifyPropertyName]) { free(properties); return YES; } } free(properties); // 用copy的时候记得释放 return NO; }
// 官方文档翻译
http://blog.csdn.net/coyote1994/article/details/52441513