iOS开发笔记之Runtime实用总结

前言

runtime的资料网上有很多了，部分有些晦涩难懂，我通过自己的学习方法总结一遍，主要讲一些常用的方法功能，以实用为主，我觉得用到印象才是最深刻的。
另外runtime的知识还有很多，想要了解更多可以一些翻译的官方文档（有点枯燥）

什么是runtime？

runtime 是 OC底层的一套C语言的API（引入 <objc/runtime.h> 或<objc/message.h>），编译器最终都会将OC代码转化为运行时代码，通过终端命令编译.m 文件：clang -rewrite-objc xxx.m可以看到编译后的xxx.cpp（C++文件）。
比如我们创建了一个对象 [[NSObject alloc]init]，最终被转换为几万行代码，截取最关键的一句可以看到底层是通过runtime创建的对象，OC中一切都被设计成了对象，我们都知道一个类被初始化成一个实例，这个实例是一个对象。实际上一个类本质上也是一个对象，在runtime中用结构体表示。如下：

//类在runtime中的表示
struct objc_class {
    Class isa;//指针，顾名思义，表示是一个什么，
    //实例的isa指向类对象，类对象的isa指向元类

#if !__OBJC2__
    Class super_class;  //指向父类
    const char *name;  //类名
    long version;
    long info;
    long instance_size
    struct objc_ivar_list *ivars //成员变量列表
    struct objc_method_list **methodLists; //方法列表
    struct objc_cache *cache;//缓存
    //一种优化，调用过的方法存入缓存列表，下次调用先找缓存
    struct objc_protocol_list *protocols //协议列表
    #endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

.cpp 文件
删除掉一些强制转换语句，可以看到调用方法本质就是发消息，[[NSObject alloc]init]语句发了两次消息，第一次发了alloc 消息，第二次发送init 消息。利用这个功能我们可以探究底层，比如block的实现原理。
需要注意的是，使用objc_msgSend() sel_registerName()方法需要导入头文件<objc/message.h>

 

消息机制

另外利用runtime 可以做一些OC不容易实现的功能

动态交换两个方法的实现（特别是交换系统自带的方法）
动态添加对象的成员变量和成员方法
获得某个类的所有成员方法、所有成员变量

如何应用运行时？
1.将某些OC代码转为运行时代码，探究底层，比如block的实现原理；
2.拦截系统自带的方法调用（Swizzle 黑魔法），比如拦截imageNamed:、viewDidLoad、alloc；
3.实现分类也可以增加属性；
4.实现NSCoding的自动归档和自动解档；
5.实现字典和模型的自动转换。

方法简单的交换

创建一个Person类，类中实现以下两个类方法，并在.h 文件中声明

+ (void)eat{
    NSLog(@"吃");
}

+ (void)study {
    NSLog(@"学习");
}

控制器中调用，则先打印吃，后打印学习

[Person run];
[Person study];

下面通过runtime 实现方法交换，类方法用class_getClassMethod ，对象方法用class_getInstanceMethod

// 获取两个类的类方法
Method m1 = class_getClassMethod([Person class], @selector(run));
Method m2 = class_getClassMethod([Person class], @selector(study));
// 开始交换方法实现
method_exchangeImplementations(m1, m2);
// 交换后，先打印学习，再打印吃！
[Person run];
[Person study];

可以看到输出的是2个交换过的信息

获取列表

有时候会有这样的需求，我们需要知道当前类中每个属性的名字（比如字典转模型，字典的Key和模型对象的属性名字不匹配）。
我们可以通过runtime的一系列方法获取类的一些信息（包括属性列表，方法列表，成员变量列表，和遵循的协议列表）。

 unsigned int count;
    //获取属性列表
    objc_property_t *propertyList = class_copyPropertyList([self class], &count);
    for (unsigned int i=; i<count; i++) {
        const char *propertyName = property_getName(propertyList[i]);
        NSLog(@"property---->%@", [NSString stringWithUTF8String:propertyName]);
    }

    //获取方法列表
    Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &count);
    for (unsigned int i; i<count; i++) {
        Method method = methodList[i];
        NSLog(@"method---->%@", NSStringFromSelector(method_getName(method)));
    }

    //获取成员变量列表
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList([self class], &count);
    for (unsigned int i; i<count; i++) {
        Ivar myIvar = ivarList[i];
        const char *ivarName = ivar_getName(myIvar);
        NSLog(@"Ivar---->%@", [NSString stringWithUTF8String:ivarName]);
    }

    //获取协议列表
    __unsafe_unretained Protocol **protocolList = class_copyProtocolList([self class], &count);
    for (unsigned int i; i<count; i++) {
        Protocol *myProtocal = protocolList[i];
        const char *protocolName = protocol_getName(myProtocal);
        NSLog(@"protocol---->%@", [NSString stringWithUTF8String:protocolName]);
    }

在Xcode上看下输出吧，需要给你当前的类写几个属性，成员变量，方法和协议，不然获取的列表是没有东西的。

方法调用

让我们看一下方法调用在运行时的过程吧

如果用实例对象调用实例方法，会到实例的isa指针指向的对象（也就是类对象）操作。
如果调用的是类方法，就会到类对象的isa指针指向的对象（也就是元类对象）中操作。

1. 首先，在相应操作的对象中的缓存方法列表中找调用的方法，如果找到，转向相应实现并执行。
2. 如果没找到，在相应操作的对象中的方法列表中找调用的方法，如果找到，转向相应实现执行
3. 如果没找到，去父类指针所指向的对象中执行1，2.
4. 以此类推，如果一直到根类还没找到，转向拦截调用。
5. 如果没有重写拦截调用的方法，程序报错。

以上的过程给我带来的启发：

• 重写父类的方法，并没有覆盖掉父类的方法，只是在当前类对象中找到了这个方法后就不会再去父类中找了。
• 如果想调用已经重写过的方法的父类的实现，只需使用super这个编译器标识，它会在运行时跳过在当前的类对象中寻找方法的过程。

拦截调用

在方法调用中说到了，如果没有找到方法就会转向拦截调用。
那么什么是拦截调用呢。
拦截调用就是，在找不到调用的方法程序崩溃之前，你有机会通过重写NSObject的四个方法来处理。

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
//后两个方法需要转发到其他的类处理
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

• 第一个方法是当你调用一个不存在的类方法的时候，会调用这个方法，默认返回NO，你可以加上自己的处理然后返回YES。
• 第二个方法和第一个方法相似，只不过处理的是实例方法。
• 第三个方法是将你调用的不存在的方法重定向到一个其他声明了这个方法的类，只需要你返回一个有这个方法的target。
• 第四个方法是将你调用的不存在的方法打包成NSInvocation传给你。做完你自己的处理后，调用invokeWithTarget:方法让某个target触发这个方法。

动态添加方法

重写了拦截调用的方法并且返回了YES，我们要怎么处理呢？
有一个办法是根据传进来的SEL类型的selector动态添加一个方法。

首先从外部隐式调用一个不存在的方法：

/隐式调用方法
[target performSelector:@selector(resolveAdd:) withObject:@"111"];

然后，在target对象内部重写拦截调用的方法，动态添加方法。

void runAddMethod(id self, SEL _cmd, NSString *string){
    NSLog(@"add C IMP ", string);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{

    //给本类动态添加一个方法
    if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"resolveAdd:"]) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)runAddMethod, "v@:*");
    }
    return YES;
}

其中class_addMethod的四个参数分别是：

Class cls 给哪个类添加方法，本例中是self
SEL name  添加的方法，本例中是重写的拦截调用传进来的selector。
IMP imp  方法的实现，C方法的方法实现可以直接获得。如果是OC方法，可以用+ (IMP)instanceMethodForSelector:(SEL)aSelector;获得方法的实现。
"v@:*"   方法的签名，代表有一个参数的方法。

　　

在分类中设置属性，给任何一个对象设置属性

众所周知，分类中是无法设置属性的，如果在分类的声明中写@property 只能为其生成get 和 set 方法的声明，但无法生成成员变量，就是虽然点语法能调用出来，但程序执行后会crash，有人会想到使用全局变量呢？比如这样：

int _age;

- (int )age {
    return _age;
}

- (void)setAge:(int)age {
    _age = age;
}

但是全局变量程序整个执行过程中内存中只有一份，我们创建多个对象修改其属性值都会修改同一个变量，这样就无法保证像属性一样每个对象都拥有其自己的属性值。这时我们就需要借助runtime为分类增加属性的功能了。

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）

关联策略有以下几种：

enum {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = ,
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = ,
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = ,
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = ,
    OBJC_ASSOCIATION_COPY =
};

关联步骤：先在.h 中@property 声明出get 和 set 方法，方便点语法调用;

@property(nonatomic,copy)NSString *name;

在.m 中重写set 和 get 方法，内部利用runtime 给属性赋值和取值

char nameKey;

- (void)setName:(NSString *)name {
    // 将某个值跟某个对象关联起来，将某个值存储到某个对象中
    objc_setAssociatedObject(self, &nameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (NSString *)name {
    return objc_getAssociatedObject(self, &nameKey);
}