iOS - 回顾总结Runtime原理及使用

runtime简介

因为Objc是一门动态语言，所以它总是想办法把一些决定工作从编译连接推迟到运行时。也就是说只有编译器是不够的，还需要一个运行时系统 (runtime system) 来执行编译后的代码。这就是 Objective-C Runtime 系统存在的意义，它是整个Objc运行框架的一块基石。

RunTime简称运行时。OC就是运行时机制，其中最主要的是消息机制。对于C语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。对于OC的函数，属于动态调用过程，在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数，只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。

Runtime基本是用C和汇编写的，可见苹果为了动态系统的高效而作出的努力。你可以在这里下到苹果维护的开源代码。苹果和GNU各自维护一个开源的runtime版本，这两个版本之间都在努力的保持一致。

Runtime相关的头文件

ios的sdk中 usr/include/objc文件夹下面有这样几个文件

都是和运行时相关的头文件，其中主要使用的函数定义在message.h和runtime.h这两个文件中。 在message.h中主要包含了一些向对象发送消息的函数，这是OC对象方法调用的底层实现。

使用时，需要导入文件，导入如：

#import <objc/message.h>

#import <objc/runtime.h>

runtime.h是运行时最重要的文件，其中包含了对运行时进行操作的方法。 主要包括：

操作对象的类型的定义

/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一个类型，代表着类定义中的一个方法

typedef struct objc_method *Method;

/// An opaque type that represents an instance variable.代表实例(对象)的变量

typedef struct objc_ivar *Ivar;

/// An opaque type that represents a category.代表一个分类

typedef struct objc_category *Category;

/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.代表OC声明的属性

typedef struct objc_property *objc_property_t;

// Class代表一个类，它在objc.h中这样定义的  typedef struct objc_class *Class;

struct objc_class {

Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__

Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;

const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;

long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;

long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;

long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;

#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

这些类型的定义，对一个类进行了完全的分解，将类定义或者对象的每一个部分都抽象为一个类型type，对操作一个类属性和方法非常方便。OBJC2_UNAVAILABLE标记的属性是Ojective-C 2.0不支持的,但实际上可以用响应的函数获取这些属性，例如：如果想要获取Class的name属性，可以按如下方法获取:

Class classPerson = Person.class;

// printf("%s\n", classPerson->name); //用这种方法已经不能获取name了 因为OBJC2_UNAVAILABLE

const char *cname  = class_getName(classPerson);

printf("%s", cname); // 输出:Person

函数的定义

• 对对象进行操作的方法一般以object_开头
• 对类进行操作的方法一般以class_开头
• 对类或对象的方法进行操作的方法一般以method_开头
• 对成员变量进行操作的方法一般以ivar_开头
• 对属性进行操作的方法一般以property_开头开头
• 对协议进行操作的方法一般以protocol_开头

根据以上的函数的前缀 可以大致了解到层级关系。

对于以objc_开头的方法，则是runtime最终的管家，可以获取内存中类的加载信息,类的列表，关联对象和关联属性等操作。

例如：使用runtime对当前的应用中加载的类进行打印，别被吓一跳。

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {

unsigned int count = 0;

Class *classes = objc_copyClassList(&count);

for (int i = 0; i < count; i++) {

const char *cname = class_getName(classes[i]);

printf("%s\n", cname);

}

}

runtime应用

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.

使用消息机制前提，必须导入#import <objc/message.h>

消息机制简单使用：

// 创建person对象

Person *p = [[Person alloc] init];

// 调用对象方法

[p eat];

// 本质：让对象发送消息

objc_msgSend(p, @selector(eat));

// 调用类方法的方式：两种

// 第一种通过类名调用

[Person eat];

// 第二种通过类对象调用

[[Person class] eat];

// 用类名调用类方法，底层会自动把类名转换成类对象调用

// 本质：让类对象发送消息

objc_msgSend([Person class], @selector(eat));

我们可以通过clang来查看代码生成的CPP代码。

最终代码,需要把当前代码重新编译,用xcode编译器,clang

clang -rewrite-objc main.m 查看最终生成代码

交换方法

交换方法实现的需求场景：自己创建了一个功能性的方法，在项目中多次被引用，当项目的需求发生改变时，要使用另一种功能代替这个功能，要求是不改变旧的项目(也就是不改变原来方法的实现)。

可以在类的分类中，再写一个新的方法(是符合新的需求的),然后交换两个方法的实现。这样，在不改变项目的代码，而只是增加了新的代码 的情况下，就完成了项目的改进。

交换两个方法的实现一般写在类的load方法里面，因为load方法会在程序运行前加载一次，而initialize方法会在类或者子类在 第一次使用的时候调用，当有分类的时候会调用多次。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {

[super viewDidLoad];

// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

// 需求：给imageNamed方法提供功能，每次加载图片就判断下图片是否加载成功。

// 步骤一：先搞个分类，定义一个能加载图片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;

// 步骤二：交换imageNamed和imageWithName的实现，就能调用imageWithName，间接调用imageWithName的实现。

UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];

}

@end

@implementation UIImage (Image)

// 加载分类到内存的时候调用

+ (void)load

{

// 交换方法

// 获取imageWithName方法地址

Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));

// 获取imageWithName方法地址

Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));

// 交换方法地址，相当于交换实现方式

method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);

}

// 不能在分类中重写系统方法imageNamed，因为会把系统的功能给覆盖掉，而且分类中不能调用super.

// 既能加载图片又能打印

+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name

{

// 这里调用imageWithName，相当于调用imageName

UIImage *image = [self imageWithName:name];

if (image == nil) {

NSLog(@"加载空的图片");

}

return image;

}

@end

类\对象的关联对象

关联对象不是为类\对象添加属性或者成员变量(因为在设置关联后也无法通过ivarList或者propertyList取得) ，而是为类添加一个相关的对象，通常用于存储类信息，例如存储类的属性列表数组，为将来字典转模型的方便。

使用方式一：给分类添加属性

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {

[super viewDidLoad];

// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

// 给系统NSObject类动态添加属性name

NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];

objc.name = @"小码哥";

NSLog(@"%@",objc.name);

}

@end

// 定义关联的key

static const char *key = "name";

@implementation NSObject (Property)

- (NSString *)name

{

// 根据关联的key，获取关联的值。

return objc_getAssociatedObject(self, key);

}

- (void)setName:(NSString *)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

objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);

}

@end

使用方式二：给对象添加关联对象。

比如alertView,一般传值，使用的是alertView的tag属性。我们想把更多的参数传给alertView代理：

/**

*  删除点击

*  @param recId        购物车ID

*/

- (void)shopCartCell:(BSShopCartCell *)shopCartCell didDeleteClickedAtRecId:(NSString *)recId

{

UIAlertView *alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"" message:@"确认要删除这个宝贝" delegate:self cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:@"确定", nil];

// 传递多参数

objc_setAssociatedObject(alert, "suppliers_id", @"1", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);

objc_setAssociatedObject(alert, "warehouse_id", @"2", OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);

alert.tag = [recId intValue];

[alert show];

}

/**

*  确定删除操作

*/

- (void)alertView:(UIAlertView *)alertView clickedButtonAtIndex:(NSInteger)buttonIndex {

if (buttonIndex == 1) {

NSString *warehouse_id = objc_getAssociatedObject(alertView, "warehouse_id");

NSString *suppliers_id = objc_getAssociatedObject(alertView, "suppliers_id");

NSString *recId = [NSString stringWithFormat:@"%ld",(long)alertView.tag];

}

}

objc_setAssociatedObject方法的参数解释:

1. 第一个参数id object, 当前对象
2. 第二个参数const void *key, 关联的key，是c字符串
3. 第三个参数id value, 被关联的对象的值
4. 第四个参数objc_AssociationPolicy policy关联引用的规则

 动态添加方法

开发使用场景：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。

经典面试题：有没有使用performSelector，其实主要想问你有没有动态添加过方法。

简单使用:

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {

[super viewDidLoad];

// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

Person *p = [[Person alloc] init];

// 默认person，没有实现eat方法，可以通过performSelector调用，但是会报错。

// 动态添加方法就不会报错

[p performSelector:@selector(eat)];

}

@end

@implementation Person

// void(*)()

// 默认方法都有两个隐式参数，

void eat(id self,SEL sel)

{

NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));

}

// 当一个对象调用未实现的方法，会调用这个方法处理,并且会把对应的方法列表传过来.

// 刚好可以用来判断，未实现的方法是不是我们想要动态添加的方法

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel

{

if (sel == @selector(eat)) {

// 动态添加eat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）

// 第四个参数：函数的类型，(返回值+参数类型) v:void @:对象->self :表示SEL->_cmd

class_addMethod(self, @selector(eat), eat, "v@:");

}

return [super resolveInstanceMethod:sel];

}

@end

字典转模型KVC实现

KVC：把字典中所有值给模型的属性赋值。这个是要求字典中的Key,必须要在模型里能找到相应的值，如果找不到就会报错。基本原理如：

// KVC原理:

// 1.遍历字典中所有key,去模型中查找有没有对应的属性

[dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {

// 2.去模型中查找有没有对应属性 KVC

// key:source value:来自即刻笔记

// [item setValue:@"来自即刻笔记" forKey:@"source"]

[item setValue:value forKey:key];

}];

但是，在实际开发中，从字典中取值,不一定要全部取出来。因此，我们可以通过重写KVC 中的 forUndefinedKey这个方法，就不会进行报错处理。

// 重写系统方法? 1.想给系统方法添加额外功能 2.不想要系统方法实现

// 系统找不到就会调用这个方法,报错

- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key

{

}

另外，我们可以通过runtime的方式去实现。我们把KVC的原理倒过来，通过遍历模型的值，从字典中取值。

// Ivar:成员变量 以下划线开头

// Property:属性

+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict

{

id objc = [[self alloc] init];

// runtime:根据模型中属性,去字典中取出对应的value给模型属性赋值

// 1.获取模型中所有成员变量 key

// 获取哪个类的成员变量

// count:成员变量个数

unsigned int count = 0;

// 获取成员变量数组

Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);

// 遍历所有成员变量

for (int i = 0; i < count; i++) {

// 获取成员变量

Ivar ivar = ivarList[i];

// 获取成员变量名字

NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];

// 获取成员变量类型

NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];

// @\"User\" -> User

ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];

ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];

// 获取key

NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];

// 去字典中查找对应value

// key:user  value:NSDictionary

id value = dict[key];

// 二级转换:判断下value是否是字典,如果是,字典转换层对应的模型

// 并且是自定义对象才需要转换

if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {

// 字典转换成模型 userDict => User模型

// 转换成哪个模型

// 获取类

Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);

value = [modelClass modelWithDict:value];

}

// 给模型中属性赋值

if (value) {

[objc setValue:value forKey:key];

}

}

return objc;

}

基本的代码就是上面这样。

面试题

说说什么是runtime

1>OC 是一个全动态语言，OC 的一切都是基于 Runtime 实现的

平时编写的OC代码, 在程序运行过程中, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者

比如:

OC :

[[Person alloc] init]

runtime :

objc_msgSend(objc_msgSend("Person" , "alloc"), "init")

2>runtime是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API

3>runtimeAPI的实现是用 C++ 开发的(源码中的实现文件都是mm)，是一套苹果开源的框架

使用过runtime吗，用它来做什么

本文二、三部分。

参考：

http://www.cnblogs.com/Mike-zh/p/4557014.html

http://www.jianshu.com/users/b09c3959ab3b/latest_articles

runtime的方法调用流程？

怎么去调用eat方法 ,对象方法:类对象的方法列表 类方法:元类中方法列表

1.通过isa去对应的类中查找

2.注册方法编号

3.根据方法编号去查找对应方法

4.找到只是最终函数实现地址,根据地址去方法区调用对应函数