iOS Runtime原理及使用

時間 2019-12-20

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runtime簡介

由於Objc是一門動態語言，因此它老是想辦法把一些決定工做從編譯鏈接推遲到運行時。也就是說只有編譯器是不夠的，還須要一個運行時系統 (runtime system) 來執行編譯後的代碼。這就是 Objective-C Runtime 系統存在的意義，它是整個Objc運行框架的一塊基石。ios

RunTime簡稱運行時。OC就是運行時機制，其中最主要的是消息機制。對於C語言，函數的調用在編譯的時候會決定調用哪一個函數。對於OC的函數，屬於動態調用過程，在編譯的時候並不能決定真正調用哪一個函數，只有在真正運行的時候纔會根據函數的名稱找到對應的函數來調用。面試

Runtime基本是用C和彙編寫的，可見蘋果爲了動態系統的高效而做出的努力。你能夠在這裏下到蘋果維護的開源代碼。蘋果和GNU各自維護一個開源的runtime版本，這兩個版本之間都在努力的保持一致。數組

Runtime相關的頭文件

ios的sdk中 usr/include/objc文件夾下面有這樣幾個文件xcode

都是和運行時相關的頭文件，其中主要使用的函數定義在message.h和runtime.h這兩個文件中。在message.h中主要包含了一些向對象發送消息的函數，這是OC對象方法調用的底層實現。框架

使用時，須要導入文件，導入如：函數

#import <objc/message.h>
#import <objc/runtime.h>

runtime.h是運行時最重要的文件，其中包含了對運行時進行操做的方法。主要包括：spa

操做對象的類型的定義

/// An opaque type that represents a method in a class definition. 一個類型，表明着類定義中的一個方法
typedef struct objc_method *Method;

/// An opaque type that represents an instance variable.表明實例(對象)的變量
typedef struct objc_ivar *Ivar;

/// An opaque type that represents a category.表明一個分類
typedef struct objc_category *Category;

/// An opaque type that represents an Objective-C declared property.表明OC聲明的屬性
typedef struct objc_property *objc_property_t;

// Class表明一個類，它在objc.h中這樣定義的  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;

這些類型的定義，對一個類進行了徹底的分解，將類定義或者對象的每個部分都抽象爲一個類型type，對操做一個類屬性和方法很是方便。OBJC2_UNAVAILABLE標記的屬性是Ojective-C 2.0不支持的,但實際上能夠用響應的函數獲取這些屬性，例如：若是想要獲取Class的name屬性，能夠按以下方法獲取:代理

Class classPerson = Person.class;
// printf("%s\n", classPerson->name); //用這種方法已經不能獲取name了 由於OBJC2_UNAVAILABLE
const char *cname  = class_getName(classPerson);
printf("%s", cname); // 輸出:Person

函數的定義

對對象進行操做的方法通常以object_開頭
對類進行操做的方法通常以class_開頭
對類或對象的方法進行操做的方法通常以method_開頭
對成員變量進行操做的方法通常以ivar_開頭
對屬性進行操做的方法通常以property_開頭開頭
對協議進行操做的方法通常以protocol_開頭

根據以上的函數的前綴能夠大體瞭解到層級關係。code

對於以objc_開頭的方法，則是runtime最終的管家，能夠獲取內存中類的加載信息,類的列表，關聯對象和關聯屬性等操做。orm

例如：使用runtime對當前的應用中加載的類進行打印，別被嚇一跳。

- (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應用

發送消息

方法調用的本質，就是讓對象發送消息。

objc_msgSend,只有對象才能發送消息，所以以objc開頭.

使用消息機制前提，必須導入#import <objc/message.h>

消息機制簡單使用：

     // 建立person對象
    Person *p = [[Person alloc] init];

    // 調用對象方法
    [p eat];

    // 本質：讓對象發送消息
    objc_msgSend(p, @selector(eat));

    // 調用類方法的方式：兩種
    // 第一種經過類名調用
    [Person eat];
    // 第二種經過類對象調用
    [[Person class] eat];

    // 用類名調用類方法，底層會自動把類名轉換成類對象調用
    // 本質：讓類對象發送消息
    objc_msgSend([Person class], @selector(eat));

咱們能夠經過clang來查看代碼生成的CPP代碼。

最終代碼,須要把當前代碼從新編譯,用xcode編譯器,clang

clang -rewrite-objc main.m 查看最終生成代碼

交換方法

交換方法實現的需求場景：本身建立了一個功能性的方法，在項目中屢次被引用，當項目的需求發生改變時，要使用另外一種功能代替這個功能，要求是不改變舊的項目(也就是不改變原來方法的實現)。

能夠在類的分類中，再寫一個新的方法(是符合新的需求的),而後交換兩個方法的實現。這樣，在不改變項目的代碼，而只是增長了新的代碼的狀況下，就完成了項目的改進。

交換兩個方法的實現通常寫在類的load方法裏面，由於load方法會在程序運行前加載一次，而initialize方法會在類或者子類在第一次使用的時候調用，當有分類的時候會調用屢次。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    // 需求：給imageNamed方法提供功能，每次加載圖片就判斷下圖片是否加載成功。
    // 步驟一：先搞個分類，定義一個能加載圖片而且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
    // 步驟二：交換imageNamed和imageWithName的實現，就能調用imageWithName，間接調用imageWithName的實現。
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"123"];
}

@end

@implementation UIImage (Image)
// 加載分類到內存的時候調用
+ (void)load
{
    // 交換方法

    // 獲取imageWithName方法地址
    Method imageWithName = class_getClassMethod(self, @selector(imageWithName:));

    // 獲取imageWithName方法地址
    Method imageName = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));

    // 交換方法地址，至關於交換實現方式
    method_exchangeImplementations(imageWithName, imageName);
}

// 不能在分類中重寫系統方法imageNamed，由於會把系統的功能給覆蓋掉，並且分類中不能調用super.

// 既能加載圖片又能打印
+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name
{
    // 這裏調用imageWithName，至關於調用imageName
    UIImage *image = [self imageWithName:name];

    if (image == nil) {
        NSLog(@"加載空的圖片");
    }

    return image;
}

@end

類\對象的關聯對象

關聯對象不是爲類\對象添加屬性或者成員變量(由於在設置關聯後也沒法經過ivarList或者propertyList取得) ，而是爲類添加一個相關的對象，一般用於存儲類信息，例如存儲類的屬性列表數組，爲未來字典轉模型的方便。

使用方式一：給分類添加屬性

@implementation ViewController

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

    // 給系統NSObject類動態添加屬性name
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    objc.name = @"小碼哥";
    NSLog(@"%@",objc.name);
}

@end


// 定義關聯的key
static const char *key = "name";

@implementation NSObject (Property)

- (NSString *)name
{
    // 根據關聯的key，獲取關聯的值。
    return objc_getAssociatedObject(self, key);
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 第一個參數：給哪一個對象添加關聯
    // 第二個參數：關聯的key，經過這個key獲取
    // 第三個參數：關聯的value
    // 第四個參數:關聯的策略
    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

@end

使用方式二：給對象添加關聯對象。

好比alertView,通常傳值，使用的是alertView的tag屬性。咱們想把更多的參數傳給alertView代理：

/**
 *  刪除點擊
 *  @param recId        購物車ID
 */
- (void)shopCartCell:(BSShopCartCell *)shopCartCell didDeleteClickedAtRecId:(NSString *)recId
{
    UIAlertView *alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"" message:@"確認要刪除這個寶貝" delegate:self cancelButtonTitle:@"取消" otherButtonTitles:@"肯定", nil];
    
    // 傳遞多參數
    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];
}

/**
 *  肯定刪除操做
 */
- (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方法的參數解釋:

第一個參數id object, 當前對象
第二個參數const void *key, 關聯的key，是c字符串
第三個參數id value, 被關聯的對象的值
第四個參數objc_AssociationPolicy policy關聯引用的規則

動態添加方法

開發使用場景：若是一個類方法很是多，加載類到內存的時候也比較耗費資源，須要給每一個方法生成映射表，可使用動態給某個類，添加方法解決。

經典面試題：有沒有使用performSelector，其實主要想問你有沒有動態添加過方法。

簡單使用:

@implementation ViewController

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

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

    // 默認person，沒有實現eat方法，能夠經過performSelector調用，可是會報錯。
    // 動態添加方法就不會報錯
    [p performSelector:@selector(eat)];
}

@end


@implementation Person
// void(*)()
// 默認方法都有兩個隱式參數，
void eat(id self,SEL sel)
{
    NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}

// 當一個對象調用未實現的方法，會調用這個方法處理,而且會把對應的方法列表傳過來.
// 恰好能夠用來判斷，未實現的方法是否是咱們想要動態添加的方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(eat)) {
        // 動態添加eat方法

        // 第一個參數：給哪一個類添加方法
        // 第二個參數：添加方法的方法編號
        // 第三個參數：添加方法的函數實現（函數地址）
        // 第四個參數：函數的類型，(返回值+參數類型) v:void @:對象->self :表示SEL->_cmd
        class_addMethod(self, @selector(eat), eat, "v@:");
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end

字典轉模型KVC實現

KVC：把字典中全部值給模型的屬性賦值。這個是要求字典中的Key,必需要在模型裏能找到相應的值，若是找不到就會報錯。基本原理如：

// KVC原理:
    // 1.遍歷字典中全部key,去模型中查找有沒有對應的屬性
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull value, BOOL * _Nonnull stop) {
        
        // 2.去模型中查找有沒有對應屬性 KVC
        // key:source value:來自即刻筆記
        // [item setValue:@"來自即刻筆記" forKey:@"source"]
        [item setValue:value forKey:key];
    }];

可是，在實際開發中，從字典中取值,不必定要所有取出來。所以，咱們能夠經過重寫KVC 中的 forUndefinedKey這個方法，就不會進行報錯處理。

// 重寫系統方法? 1.想給系統方法添加額外功能 2.不想要系統方法實現
// 系統找不到就會調用這個方法,報錯
- (void)setValue:(id)value forUndefinedKey:(NSString *)key
{
    
}

另外，咱們能夠經過runtime的方式去實現。咱們把KVC的原理倒過來，經過遍歷模型的值，從字典中取值。

// Ivar:成員變量 如下劃線開頭
// Property:屬性
+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict
{
    id objc = [[self alloc] init];
    
    // runtime:根據模型中屬性,去字典中取出對應的value給模型屬性賦值
    // 1.獲取模型中全部成員變量 key
    // 獲取哪一個類的成員變量
    // count:成員變量個數
    unsigned int count = 0;
    // 獲取成員變量數組
    Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self, &count);
    
    // 遍歷全部成員變量
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 獲取成員變量
        Ivar ivar = ivarList[i];
        
        // 獲取成員變量名字
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        // 獲取成員變量類型
        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)];
        // @\"User\" -> User
        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\"" withString:@""];
        ivarType = [ivarType stringByReplacingOccurrencesOfString:@"@" withString:@""];
        // 獲取key
        NSString *key = [ivarName substringFromIndex:1];
        
        // 去字典中查找對應value
        // key:user  value:NSDictionary
        
        id value = dict[key];
        
        // 二級轉換:判斷下value是不是字典,若是是,字典轉換層對應的模型
        // 而且是自定義對象才須要轉換
        if ([value isKindOfClass:[NSDictionary class]] && ![ivarType hasPrefix:@"NS"]) {
            // 字典轉換成模型 userDict => User模型
            // 轉換成哪一個模型

            // 獲取類
            Class modelClass = NSClassFromString(ivarType);
            
            value = [modelClass modelWithDict:value];
        }
        
        // 給模型中屬性賦值
        if (value) {
            [objc setValue:value forKey:key];
        }
    }
        
    return objc;
}

基本的代碼就是上面這樣。

面試題

說說什麼是runtime

1>OC 是一個全動態語言，OC 的一切都是基於 Runtime 實現的
平時編寫的OC代碼, 在程序運行過程當中, 其實最終都是轉成了runtime的C語言代碼, runtime算是OC的幕後工做者
好比:

OC :
[[Person alloc] init]
runtime :
objc_msgSend(objc_msgSend("Person" , "alloc"), "init")

2>runtime是一套比較底層的純C語言API, 屬於1個C語言庫, 包含了不少底層的C語言API3>runtimeAPI的實現是用 C++ 開發的(源碼中的實現文件都是mm)，是一套蘋果開源的框架

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