Runtime的基本运用

一、什么是runtime（也就是所谓的“运行时”，因为是在运行时实现的。）

          1.runtime是一套底层的c语言API(包括很多强大实用的c语言类型,c语言函数);  [runtime运行系统]  

        2.实际上,平时我们编写的oc代码,底层都是基于runtime实现的;                             [OC语言的动态性] 

运行时系统 (runtime system)，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就是OC辛苦的幕后工作人员。（编译器会自动帮助我们编译成runtime代码。）

动态特性，使得它在语言层面上支持程序的可扩展性。只有在程序运行时，才会去确定对象的类型，并调用类与对象相应的方法。利用runtime机制让我们可以在程序运行时动态修改类的具体实现、包括类中的所有私有属性、方法。这也是本文runtime例子的出发点。

我们所敲入的代码转化为运行时的runtime函数代码，最终在程序运行时转成了底层的runtime的c语言代码 ;

举例：

当某个对象使用语法[receiver message]来调用某个方法时，其实[receiver message]被编译器转化为：

id objc_msgSend ( id self, SEL op, ... );  

也就是说,我们平时编写的oc代码，方法调用的本质，就是在编译阶段，编译器转化为向对象发送消息。

Demo地址:https://github.com/mengzhihun6

二、runtime的几种使用方法

我们通过继承于NSObject的person类，来对runtime进行学习。

本文共有6个关于runtime机制方法的小例子，分别是：

1. 获取person类的所有变量；
2. 获取person类的所有方法；
3. 改变person类的私有变量name的值；
4. 为person的category类增加一个新属性；
5. 为person类添加一个方法；
6. 交换person类的2个方法的功能；

（个人习惯，喜欢为6个例子添加按钮各自的行为方法，并分别执行相应的行为，以此看清各个runtime函数的具体功能所带来的效果。）

首先，创建新的项目，并在项目中新建一个普通的OC类：person类(继承于NSObject)，为了避免后面与其他方法函数搞混，我们把完整的person类编写齐全，用于后面使用runtime的几种方法：

①JGPerson.h如下：

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface JGPerson : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name; //属性变量

@property (nonatomic, assign) int age;

-(void)func1;
-(void)func2;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

②JGPerson.m如下：

#import "JGPerson.h"

@implementation JGPerson {
    double _score; //实例变量
}

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {

        self.name = @"小明";
        self.age = ;
        _score = 66.5;
    }
    return self;
}

//person的2个普通方法
-(void)func1
{
    NSLog(@"执行func1方法。");
}
-(void)func2
{
    NSLog(@"执行func2方法。");
}

- (NSString *)description {
    return [NSString stringWithFormat:@" %d岁的 %@考了%.1f分",self.age,  self.name, _score];
}

@end

从person类的描述中，我们可以看到person类含有一个可供外类使用的共有属性age，以及一个外界不可以访问私有属性name，但是，有木有想过，其实在外类，name也是可以访问的。OC里面，通过runtime系统，苹果允许不受这些私有属性的限制，对私有属性私有方法等进行访问、添加、修改、甚至替换系统的方法。

那么，为项目的故事板添加6个按钮；

在使用runtime的地方，我们都需要包含头文件:    （本文几个例子中，都只需要在ViewController.m中包含.）

#import <objc/runtime.h>

1.获取person类的所有变量

将第一个按钮关联到ViewController.h，添加行为并命名其方法为：“getAllVariable”：

/*1.获取person所有的成员变量*/
- (IBAction)Func1:(id)sender {}

在ViewController.m中的实现如下：

/*1.获取person所有的成员变量*/
- (IBAction)Func1:(id)sender {

    unsigned int count = ;
    //获取类的一个包含所有变量的列表，IVar是runtime声明的一个宏，是实例变量的意思.
    Ivar *allIvariables = class_copyIvarList([JGPerson class], &count);

    for (int i = ; i < count; i++) {
        //遍历每一个变量，包含名称和类型(此处没有星号“*”)
        Ivar ivar = allIvariables[i];
        //获取成员变量名称
        const char *VariableName = ivar_getName(ivar);
        //获取成员变量类型
        const char *VariableType = ivar_getTypeEncoding(ivar);

        NSLog(@"名称:%s => 类型:%s",VariableName, VariableType);
    }
}

得到的输出如下：(i表示类型为int d表示类型为double)

-- ::17.415756+ RuntimeDemo[:] 名称:_score => 类型:d
-- ::17.415868+ RuntimeDemo[:] 名称:_age => 类型:i
-- ::17.415939+ RuntimeDemo[:] 名称:_name => 类型:@"NSString"

分析：Ivar，一个指向objc_ivar结构体指针,包含了变量名、变量类型等信息。

可以看到，私有属性name能够访问到了。 在有些项目中，为了对某些私有属性进行隐藏，某些.h文件中没有出现相应的显式创建，而是如上面的person类中，在.m中进行私有创建，但是我们可以通过runtime这个有效的方法，访问到所有包括这些隐藏的私有变量。

拓展：

①class_copyIvarList能够获取一个含有类中所有成员变量的列表，列表中包括属性变量和实例变量。需要注意的是，如果如本例中，age返回的是"_age"，但是如果在person.m中加入：

@synthesize age;

那么控制台第二行返回的是"(Name: age) ----- (Type:i) ；"（因为@property是生成了"_age"，而@synthesize是执行了"@synthesize age = _age;"，关于OC属性变量与实例变量的区别、@property、@synthesize的作用等具体的知识，有兴趣的童鞋可以自行了解。）

②如果单单需要获取属性列表的话，可以使用函数：class_copyPropertyList（）;只是返回的属性变量仅仅是“age”，做为实例变量的name是不被获取的。

而class_copyIvarList（）函数则能够返回实例变量和属性变量的所有成员变量。

2.获取person类的所有方法

将第二个按钮关联到ViewController.h，添加行为并命名其方法为：“getAllMethod”：

/*2.获取person所有方法*/
- (IBAction)Func2:(id)sender {}

在ViewController.m中的实现如下：

/*2.获取person所有方法*/
- (IBAction)Func2:(id)sender {

    unsigned int count = ;
    //获取方法列表，所有在.m文件显式实现的方法都会被找到，包括setter+getter方法；
    Method *allMethods = class_copyMethodList([JGPerson class], &count);

    for (int i = ; i < count; i++) {
        //Method，为runtime声明的一个宏，表示对一个方法的描述
        Method md = allMethods[i];
        //获取SEL：SEL类型,即获取方法选择器@selector()
        SEL sel = method_getName(md);
        //得到sel的方法名：以字符串格式获取sel的name，也即@selector()中的方法名称
        const char *methodName = sel_getName(sel);

        NSLog(@"Method%d:%s",i+, methodName);
    }

}

控制台输出：

-- ::18.052985+ RuntimeDemo[:] Method1:eat
-- ::18.053088+ RuntimeDemo[:] Method2:.cxx_destruct
-- ::18.053154+ RuntimeDemo[:] Method3:description
-- ::18.053212+ RuntimeDemo[:] Method4:name
-- ::18.053273+ RuntimeDemo[:] Method5:setName:
-- ::18.053333+ RuntimeDemo[:] Method6:init
-- ::18.053389+ RuntimeDemo[:] Method7:run
-- ::18.053443+ RuntimeDemo[:] Method8:setAge:
-- ::18.053502+ RuntimeDemo[:] Method9:age

控制台输出了包括set和get等方法名称。【备注：.cxx_destruct方法是关于系统自动内存释放工作的一个隐藏的函数，当ARC下，且本类拥有实例变量时，才会出现；】

分析：Method是一个指向objc_method结构体指针，表示对类中的某个方法的描述。在API中的定义：

typedef struct objc_method *Method;

而objc_method结构体如下：

truct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}  

• method_name :方法选择器@selector()，类型为SEL。 相同名字的方法下，即使在不同类中定义，它们的方法选择器也相同。
• method_types：方法类型，是个char指针，存储着方法的参数类型和返回值类型。
• method_imp：指向方法的具体实现的指针，数据类型为IMP，本质上是一个函数指针。 在第五个按钮行为“增加一个方法”部分会提到。

SEL：数据类型，表示方法选择器，可以理解为对方法的一种包装。在每个方法都有一个与之对应的SEL类型的数据，根据一个SEL数据“@selector(方法名)”就可以找到对应的方法地址，进而调用方法。

因此可以通过：获取Method结构体->得到SEL选择器名称->得到对应的方法名，这样的方式，便于认识OC中关于方法的定义。

3.改变person对象的私有变量name的值.

将第三个按钮关联到ViewController.h，添加行为并命名其方法为：“changeVariable”：

/*3.改变person的name变量属性*/
- (IBAction)Func3:(id)sender {}

在ViewController.m中创建一个person对象，记得初始化

@implementation ViewController {
    JGPerson *_person;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    _person = [[JGPerson alloc] init];

}

在ViewController.m中的实现如下：

/*3.改变person的name变量属性*/
- (IBAction)Func3:(id)sender {
    NSLog(@"改变之前的Penson:%@",_person);

    unsigned int count = ;

    Ivar *allList = class_copyIvarList([JGPerson class], &count);

    Ivar ivar = allList[];
    //从第一个例子getAllVariable中输出的控制台信息，我们可以看到name为第2个实例属性；
    // object_setIvar(<#id  _Nullable obj#>, <#Ivar  _Nonnull ivar#>, <#id  _Nullable value#>)
    object_setIvar(_person, ivar, @"小刚"); //name属性小明被强制改为小刚。

    NSLog(@"改变之后的Penson:%@",_person);

}

控制台输出：

-- ::51.312155+ RuntimeDemo[:] 改变之前的Penson: 22岁的 小明考了66.5分
-- ::51.312235+ RuntimeDemo[:] 改变之后的Penson: 22岁的 小刚考了66.5分

4.为person的category类增加一个新属性：

如何在不改动某个类的前提下，添加一个新的属性呢？

答：可以利用runtime为分类添加新属性。

在iOS中，category也就是分类，是不可以为本类添加新的属性的，但是在runtime中我们可以使用对象关联，为person类进行分类的新属性创建：

分类.h文件

#import "JGPerson.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface JGPerson (JGCategory)

@property (nonatomic, assign) float height; //新属性

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

分类.m文件

#import "JGPerson+JGCategory.h"
#import <objc/runtime.h>

const char *str = "personKey"; //做为key，字符常量 必须是C语言字符串；

@implementation JGPerson (JGCategory)

- (void)setHeight:(float)height {
    NSNumber *num = [NSNumber numberWithFloat:height];

    /*
     第一个参数是需要添加属性的对象；
     第二个参数是属性的key;
     第三个参数是属性的值,类型必须为id，所以此处height先转为NSNumber类型；
     第四个参数是使用策略，是一个枚举值，类似@property属性创建时设置的关键字，可从命名看出各枚举的意义；
     objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy);
     */

    objc_setAssociatedObject(self, str, num, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (float)height {
    NSNumber *number = objc_getAssociatedObject(self, str);
    return [number floatValue];
}

@end

接下来，我们可以在ViewController.m中对person的一个对象进行height的访问了，

将第四个按钮关联到ViewController.h添加行为并命名其方法为：“addVariable”：

/* 4.添加新的属性*/
- (IBAction)Func4:(id)sender {

    /*
     如何在不改动某个类的前提下，添加一个新的属性呢？

     答：可以利用runtime为分类添加新属性。
     */
    //给新属性height赋值
    _person.height= ; //给新属性height赋值
    //访问新属性值
    NSLog(@"%f",[_person height]);

}

点击按钮四、再点击按钮一、二获取类的属性、方法。

-- ::02.265178+ RuntimeDemo[:] 168.000000
-- ::09.185091+ RuntimeDemo[:] 名称:_score => 类型:d
-- ::09.185190+ RuntimeDemo[:] 名称:_age => 类型:i
-- ::09.185265+ RuntimeDemo[:] 名称:_name => 类型:@"NSString"
-- ::11.165884+ RuntimeDemo[:] Method1:func1
-- ::11.165984+ RuntimeDemo[:] Method2:func2
-- ::11.166057+ RuntimeDemo[:] Method3:.cxx_destruct
-- ::11.166123+ RuntimeDemo[:] Method4:description
-- ::11.166176+ RuntimeDemo[:] Method5:name
-- ::11.166228+ RuntimeDemo[:] Method6:setName:
-- ::11.166293+ RuntimeDemo[:] Method7:init
-- ::11.166460+ RuntimeDemo[:] Method8:height
-- ::11.166551+ RuntimeDemo[:] Method9:setHeight:
-- ::11.166661+ RuntimeDemo[:] Method10:setAge:
-- ::11.166771+ RuntimeDemo[:] Method11:age

分析：可以看到分类的新属性可以在per对象中对新属性height进行访问赋值。

获取到person类属性时，依然没有height的存在，但是却有height和setHeight这两个方法；因为在分类中，即使使用@property定义了，也只是生成set+get方法，而不会生成_变量名，分类中是不允许定义变量的。

使用runtime中objc_setAssociatedObject()和objc_getAssociatedObject()方法，本质上只是为对象per添加了对height的属性关联，但是达到了新属性的作用；

使用场景：假设imageCategory是UIImage类的分类，在实际开发中，我们使用UIImage下载图片或者操作过程需要增加一个URL保存一段地址，以备后期使用。这时可以尝试在分类中动态添加新属性MyURL进行存储。

5.为person类添加一个新方法

将第五个按钮关联到ViewController.h，添加行为并命名其方法为：“addMethod”：

/*5.添加新的方法试试(这种方法等价于对Father类添加Category对方法进行扩展)：*/
- (IBAction)Func5:(id)sender {}

在ViewController.m中的实现如下：

/*5.添加新的方法试试(这种方法等价于对Father类添加Category对方法进行扩展)：*/
- (IBAction)Func5:(id)sender {

    class_addMethod([_person class], @selector(NewMethod),(IMP)myAddingFunction, );

    [_person performSelector:@selector(NewMethod)];
}

//具体的实现（方法的内部都默认包含两个参数Class类和SEL方法，被称为隐式参数。）
int myAddingFunction(id self, SEL _cmd)
{
    NSLog(@"已新增方法:NewMethod");
    return ;
}

控制台输出：

-- ::14.522734+ RuntimeDemo[:] 已新增方法:NewMethod

 6.交换person类的2个方法的功能

将第六个按钮关联到ViewController.h，添加行为并命名其方法为：“replaceMethod”：

/* 6.交换两种方法之后（功能对调*/
- (IBAction)Func6:(id)sender {}

在ViewController.m中的实现如下：

/* 6.交换两种方法之后（功能对调*/
- (IBAction)Func6:(id)sender {

    Method method1 = class_getInstanceMethod([JGPerson class], @selector(func1));
    Method method2 = class_getInstanceMethod([JGPerson class], @selector(func2));

    method_exchangeImplementations(method1, method2);

    [_person func1];

}

控制台输出：

-- ::14.902453+ RuntimeDemo[:] 执行func2方法。

交换方法的使用场景：项目中的某个功能，在项目中需要多次被引用，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，且要求不改变旧的项目(也就是不改变原来方法实现的前提下)。那么，我们可以在分类中，再写一个新的方法(符合新的需求的方法)，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，很好地体现了该项目的封装性与利用率。

注：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。

参考：https://www.cnblogs.com/azuo/p/5505782.html