深刻淺出 Runtime（一）：初識

Runtime 系列文章

深刻淺出 Runtime（一）：初識
深刻淺出 Runtime（二）：數據結構
深刻淺出 Runtime（三）：消息機制
深刻淺出 Runtime（四）：super 的本質
深刻淺出 Runtime（五）：具體應用
深刻淺出 Runtime（六）：相關面試題

Runtime 簡介

• Runtime 是一個用C、彙編編寫的運行時庫，包含了不少 C 語言的 API，封裝了不少動態性相關的函數；
• Objective-C 是一門動態運行時語言，容許不少操做推遲到程序運行時再進行。OC的動態性就是由 Runtime 來支撐和實現的，Rumtime 就是它的核心；
• 咱們平時編寫的OC代碼，底層都是轉換成了 Runtime API 進行調用。

Objective-C 是一門動態運行時語言

什麼是編譯時與運行時？

• 編譯時：編譯器將程序代碼編譯成計算機可以識別的語言，只進行一些簡單的語法檢查；
• 運行時：代碼跑起來，被裝載到內存中去，此時若是出錯會致使程序崩潰。如經典的 crash：unrecognized selector send to instance/class。

編譯時語言與動態運行時語言的區別？

• 編譯時語言：在編譯期進行函數決議；
• 動態運行時語言：將函數決議推遲到運行時。

舉例

對於 NSString *string = [[NSMutableArray alloc]init];

• 編譯時：編譯器進行類型檢查的時候，因爲給一個NSString類型的指針賦值的是一個NSMutableArray對象，因此編譯器會給出類型不匹配的警告。可是編譯器會將 string看成NSString的實例，因此string對象調用NSString的方法，編譯沒有任何問題，而調用NSMutableArray的方法，編譯會直接報錯。
• 運行時：因爲string其實是指向一個NSMutableArray對象，NSMutableArray對象沒有stringByAppendingString：方法，因此致使crash：unrecognized selector send to instance。

NSString *string = [[NSMutableArray alloc]init];  //⚠️Incompatible pointer types initializing 'NSString *' with an expression of type 'NSMutableArray *'
    [string stringByAppendingString:@"abc"];
    [string addObject:@"abc"];  //❌No visible @interface For 'NSString' declares the selector 'addObject:'
複製代碼

Runtime 有兩個版本

• Legacy (早期版本) ，對應的編程接口：Objective-C 1.0，應用於32-bit programs on OS X desktop；
• Modern (現代版本)，對應的編程接口：Objective-C 2.0，應用於iPhone applications and 64-bit programs on OS X v10.5 and later。

Objective-C 程序在三個不一樣的級別上與 Runtime 系統進行交互

• 經過 Objective-C 源代碼；
• 經過 Foundation 框架中 NSObject 類定義的方法，如：

// 根據 instance 對象或者類名得到一個 class 對象
- (Class)class
+ (Class)class
// 判斷當前 instance/class 對象的 isa 指向是否是 class/meta-class 對象或者它的子類類型
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls
// 判斷當前 instance/class 對象的 isa 指向是否是 class/meta-class 對象類型
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls
// 判斷對象是否能夠接收特定消息
- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)sel
+ (BOOL)respondsToSelector:(SEL)sel
// 判斷對象是否實現了特定協議中定義的方法
- (BOOL)conformsToProtocol:(Protocol *)protocol
+ (BOOL)conformsToProtocol:(Protocol *)protocol
// 能夠根據一個 SEL，獲得該方法的 IMP
- (IMP)methodForSelector:(SEL)sel
+ (IMP)methodForSelector:(SEL)sel
複製代碼

• 經過直接調用 Runtime 函數，如：

類相關

// 動態建立一對類和元類（參數：父類，類名，額外的內存空間）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
// 註冊一對類和元類（要在類註冊以前添加成員變量）
void objc_registerClassPair(Class cls) 
// 銷燬一對類和元類
void objc_disposeClassPair(Class cls)
// 獲取 isa 指向的 Class
Class object_getClass(id obj)
// 設置 isa 指向的 Class
Class object_setClass(id obj, Class cls)
// 判斷一個 OC 對象是否爲 Class
BOOL object_isClass(id obj)
// 判斷一個 Class 是否爲元類
BOOL class_isMetaClass(Class cls)
// 獲取父類
Class class_getSuperclass(Class cls)
複製代碼

成員變量相關

// 獲取一個實例變量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)
// 拷貝實例變量列表（最後須要調用 free 釋放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
// 設置和獲取成員變量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)
// 動態添加成員變量（已經註冊的類是不能動態添加成員變量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)
// 獲取成員變量的相關信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)
複製代碼

屬性相關

// 獲取一個屬性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
// 拷貝屬性列表（最後須要調用 free 釋放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
// 動態添加屬性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount)
// 動態替換屬性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes, unsigned int attributeCount)
// 獲取屬性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
複製代碼

方法相關

// 得到一個實例方法、類方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)
// 方法實現相關操做
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name) 
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 
// 拷貝方法列表（最後須要調用 free 釋放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)
// 動態添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
// 動態替換方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
// 獲取方法的相關信息（帶有 copy 的須要調用 free 去釋放）
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)
// 選擇器相關
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)
// 用 block 做爲方法實現
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)
複製代碼

關聯對象相關

傳送門：OC - Association 關聯對象

// 添加關聯對象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
// 得到關聯對象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void * key)
// 移除指定 object 的全部關聯對象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
複製代碼

Runtime 都有哪些應用？

• 利用關聯對象（AssociatedObject）給分類添加屬性
• 遍歷類的全部成員變量（修改 textfield 的佔位文字顏色、字典轉模型、自動歸檔解檔）
• 交換方法實現（攔截交換系統的方法）
• 利用消息轉發機制解決方法找不到的異常問題
• ......

相關連接

蘋果維護的 Runtime 開源代碼
GNU 維護的 Runtime 開源代碼
蘋果官方文檔 Runtime