iOS运行时Runtime浅析
运行时是iOS中一个很重要的概念,iOS运行过程中都会被转化为runtime的C代码执行。例如[target doSomething];会被转化成objc)msgSend(target,@selector(doSomething))来执行。这篇博客会较为全面的来讲解下Runtime。
OC是一门动态语言,它将很多静态语言在编译和链接时做的事放到了运行时来处理。这种动态语言的优势在于:写代码能更加灵活,可以把消息转发给想要的对象,或者随意交换一个方法的实现。
OC Runtime目前有两个版本:Modern Runtime和Legacy Runtime。Modern Runtime覆盖了64位的App,Legacy Runtime使用早期的32位App,所以现在可以不用管了。
(1)当我们需要使用Runtime的接口时,需要导入头文件:#import <objc/runtime.h>,Runtime可以进行如下操作,在运行时来获取当前类中的一些信息:
获取属性列表:
。
获取方法列表:
。
获取成员变量列表:
。
获取协议列表:
。
所以,我们大概可以总结出Runtime的作用:
- 程序运行中,动态创建一个类;
- 程序运行中,动态为某个类添加属性/方法,修改属性/方法;
- 遍历一个类的所有成员变量/属性/方法;
(2)方法调用:
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,没错,其实类也是一个对象)操作。如果调用的是类方法,就会到类的isa指针指向的对象(元类对象)中操作。查找过程如下:
- 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;
- 如果没有找到,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;
- 如果没找到,去父类指针所指向的对象中执行以上步骤;
- 以此类推,如果一直到根类还没有找到,转向拦截调用;
- 如果没有重写拦截调用的方法,程序报错;
说明下,重写父类的方法,其实并没有覆盖掉父类的方法,只是在当前类对象中找到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实现,只需使用super这个编译器标志,它会在运行时跳过在当前类对象中寻找方法的过程。
(3)拦截调用
拦截调用就是在找不到调用的方法程序崩溃之前,有机会通过重写NSObject的四个方法来处理:
。
以下两个方法需要转发到其他类处理:
。
- 第一个方法是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,可以加上自己的处理后返回YES;
- 第二个方法和第一个方法类似,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;
- Class cls :给哪个类添加方法;
- SEL name:方法选择器selector;
- IMP imp:方法的实现,C方法的实现可以直接获得。如果是OC方法,可以用+(IMP)instanceMethodForSelector获得方法的实现;
- const char *types:方法的签名
- id object:给谁设置关联对象;
- const void *key:关联对象唯一的key,就是上面定义的全局变量;
- id value:关联对象;
- objc_AssociatedPolicy:关联策略:
- id object:获取谁的关联对象;
- const void *key:根据这个唯一的key获取关联对象;
(8)OC中的类
OC类是由Class类型来表示的,实际上是一个指向objc_class结构体的指针,Class定义在objc.h中:
。
苹果注释中也说明了,Class是一个隐含类型代表了一个OC类。查看runtime.h中关于objc_class结构体的定义:
。
注释中也说明,以后使用Class来替代struct objc_class,这样就可以方便类型定义。
- version:类的版本信息,默认为0;
- info:类信息,运行时使用的一些位标志;
- instance_size:类的实例变量的大小;
- isa:所有的类自身也是一个对象,这个对象的Class里面也有一个isa指针,它指向metaClass元类;
- super_class:指向该类的父类,如果该类已经是最顶层的根类(如NSObject或NSProxy),则super_class为NULL;
(10)元类MetaClass
所有的类自身也是一个对象,可以向这个对象发送消息(即调用类方法)。
NSArray *array = [NSArray array];
+array消息发送给了NSArray类,而这个NSArray也是一个对象。既然是对象,那么它也是一个objc_object指针,包含一个指向其类的一个isa指针。为了调用+array方法,这个类的isa指针必须指向一个包含这些类方法的一个objc_class结构体。这就需要meta_class概念。
meta_class是一个类对象的类。当我们向一个对象发送消息时,Runtime会在这个对象所属的这个类的方法列表中查找方法。而向一个类发送消息时,会在这个类的meta_class的方法列表中查找。meta_class很重要,因为它存储着一个类的所有的类方法。每个类都会有一个单独的meta_class,因为每个类的类方法基本不可能完全相同。
再看一下上面提到的图,现在应该有更深的理解:
所有的meta_class的isa指向基类的meta_class,依次作为他们的所属类。即任何NSObject继承体系下的meta_class都使用NSObject的meta_class作为自己的所属类,而基类的meta_class的isa指针指向自己,这样就形成了闭环。
(11)类与对象操作函数
类的操作方法大部分是以class为前缀的,而对象的操作方法大部分是以objc或object_为前缀的。
- 类名
。
返回一个类的名字,传入的参数是类对象。
- 父类(super_class)和元类(meta_class)
获取实例变量的大小:
在objc_class中,所有的成员变量,属性的信息是放在链表ivars中的,ivars是一个数组,数组中每个元素是指向Ivar的指针。
- 获取类中实例成员变量的信息
- 获取类成员变量的信息
- 添加成员变量
- 获取成员变量列表
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
以下数属性操作函数
- 获取指定的属性
- 获取属性列表
- 为类添加属性
- 替换类的属性
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
以下为方法操作函数:
- 添加方法
- 获取实例方法
- 获取类方法
- 获取所有方法的数组
- 替换方法的实现
- 返回方法的具体实现
- 类实例是否响应指定的selector
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
协议操作函数如下:
- 添加协议
- 返回类是否实现指定的协议
- 返回类实现的协议列表
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
获取版本Version如下:
- 获取版本号
- 设置版本号
(12)动态创建类
- 创建一个新类和元类
- 销毁一个类及其相关联的类
- 在应用中注册由objc_allocateClassPair创建的类
objc_allocateClassPair函数:如果要创建一个根类,则superclass指定为nil,extraBytes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。然后使用诸如class_addMethod,class_addIvar等函数来为新创建的类添加方法,实例变量和属性。完成这些后,需要调用objc_registerClassPair函数来注册类,之后这个新类就可以在程序中使用了。
注意:实例方法和实例变量应该添加到类自身上,类方法应该添加到类的元类上。
(13)动态创建对象
- 创建类实例
- 在指定位置创建类实例
- 销毁类实例
(14)实例操作函数
实例操作函数主要是针对我们创建的实例对象的一系列操作函数,我们可以使用这组函数来从实例对象中获取我们要的信息,如实例对象中变量的值。
- 返回指定对象的一份拷贝
- 释放指定对象占用的内存
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
针对对象实例变量进行操作的函数
- 修改类实例的实例变量的值
- 获取类对象中实例变量
- 返回对象中实例变量的值
- 设置对象中实例变量的值
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
针对对象的类进行操作的函数
- 返回给定对象的类名
- 返回对象的类
- 设置对象的类
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
获取类定义:Runtime会自动注册我们代码中定义的所有类,我们也可以在运行时创建类定义并使用objc_addClass函数来注册他它们。
- 获取已注册的类定义的列表
- 创建并返回一个指向所有已注册类的指针列表
- 返回指定类的类定义
- 返回指定类的元类
(15)成员变量、属性
- Ivar
- objc_property_t
- objc_property_attribute_t
- 调用指定方法的实现
- 获取方法名
- 返回方法的实现
- 获取描述方法参数和返回值类型的字符串
- 获取方法指定位置参数的类型字符串
- 通过引用返回方法的返回值类型字符串
- 返回方法的参数个数
- 返回指定方法的方法描述结构体
- 设置方法的实现
- 交换两个方法的实现
- 返回给定选择器指定的方法的名称
- Runtime中注册一个方法,将方法名映射到一个选择器,并返回这个选择器。在我们将一个方法添加到类定义时,必须在Runtime中注册一个方法名以获取方法的选择器。
- 在Runtime中注册一个方法
- 比较两个选择器
- 首先它找到selector对应的方法实现。因为同一个方法可能在不同的类中有不同的实现,所以我们需要依赖接收者的类来找到确切的实现。
- 它调用方法的实现,并将接收者对象及方法的所有参数传给它。
- 最后,它将实现的返回值作为他自己的返回值。
- 动态方法解析;
- 备用接收者;
- 完整转发;
- void functionForMethod1(id self, SEL _cmd) {
- NSLog(@"%@, %p", self, _cmd);
- }
- + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
- NSString *selectorString = NSStringFromSelector(sel);
- if ([selectorString isEqualToString:@"method1"]) {
- class_addMethod(self.class, @selector(method1), (IMP)functionForMethod1, "@:");
- }
- return [super resolveInstanceMethod:sel];
- }
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