Objective-C基礎之七（Runtime用法)
super關鍵字
super實際上是OC爲咱們提供的一個關鍵字，主要是繼承體系中用來調用類從父類繼承過來的屬性和方法，它只是一個標記，若是是使用super去調用方法，本質其實仍是拿到當前類對象，而後從其父類的緩存和方法列表進行查找。下面咱們就經過源碼來進一步探索super的底層實現。git
源碼解讀
- 首先，先建立XLPerson類，而且在XLPerson.m中增長以下方法：
- (instancetype)init
{
self = [super init];
if (self) {
NSLog(@"init");
}
return self;
}
複製代碼
- 而後經過如下指令，將XLPerson.m轉成C++代碼
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc XLPerson.m
複製代碼
- 查看生成的XLPerson.cpp文件，找到對應的init方法以下：
static instancetype _I_XLPerson_init(XLPerson * self, SEL _cmd) {
self = objc_msgSendSuper((__rw_objc_super){
(id)self,
(id)class_getSuperclass(objc_getClass("XLPerson"))
}, sel_registerName("init"));
if (self) {
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_f3_lg91hwts5rjdlzjph0sn82m80000gp_T_XLPerson_d841fc_mi_0);
}
return self;
}
複製代碼
-
能夠發現，在init方法中，[super init]最終轉換成了objc_msgSendSuper函數，函數具備兩個參數。github
-
而後到objc源碼中查找objc_msgSendSuper函數的實現，發如今源碼中存在objc_msgSendSuper和objc_msgSendSuper2兩個函數，那麼到底super最終執行的是哪一個函數呢？能夠經過Xcode斷點，查看彙編代碼來找到最終調用的方法。數組
-
首先咱們在XLPerson的init函數中打個斷點，而後在main函數中建立XLPerson對象，而且打開Xcode如下設置緩存
-
而後運行程序，查看彙編代碼，能夠明確看出，super最終調用的是objc_msgSendSuper2函數bash
-
-
而後在源碼中查看objc_msgSendSuper2函數聲明以下，objc_msgSendSuper2的前兩個參數分別對應上文中的結構體__rw_objc_super和sel_registerName("init")架構
OBJC_EXPORT id _Nullable
objc_msgSendSuper2(struct objc_super * _Nonnull super, SEL _Nonnull op, ...)
複製代碼
- 查看結構體objc_super的源碼以下，其中objc_super有兩個成員變量，一個是receiver，對應上文結構體中的self。一個是super_class，對應上文結構體中的class_getSuperclass(objc_getClass("XLPerson")。
/// Specifies the superclass of an instance.
struct objc_super {
//class的實例對象，用來接收消息
__unsafe_unretained _Nonnull id receiver;
//父類對象，用來決定方法查找的起點
__unsafe_unretained _Nonnull Class super_class;
/* super_class is the first class to search */
};
複製代碼
- 雖然objc_msgSendSuper2函數聲明中第一個參數是objc_super類型的結構體，可是在實際傳參過程中，objc_msgSendSuper2函數第一個參數傳遞的實際上是objc_super2類型的結構體，在下文的彙編代碼中能夠看出。
struct objc_super2 {
//當前消息接收者，實例對象
id receiver;
//當前類對象
Class current_class;
};
複製代碼
- 再次查找objc_msgSendSuper2函數的實現，發現objc_msgSendSuper2函數是由彙編來實現的，彙編代碼以下
ENTRY _objc_msgSendSuper2
UNWIND _objc_msgSendSuper2, NoFrame
//p0其實就是x0寄存器，p16其實就是x16寄存器
//p0中存放着真正的消息接收者，而p16存放着當前class對象
ldp p0, p16, [x0] // p0 = real receiver, p16 = class
//拿到x16中保存的class對象地址，經過地址偏移拿到它的superclass的地址，從新賦值給p16寄存器
ldr p16, [x16, #SUPERCLASS] // p16 = class->superclass
//調用CacheLookup進行方法查找，而p16就是CacheLookup的參數
CacheLookup NORMAL
END_ENTRY _objc_msgSendSuper2
複製代碼
在objc_msgSendSuper2中，第一個參數是一個objc_super2類型的結構體。在arm64彙編中，x0寄存器通常用來存放參數或者返回值，此處的x0就存放告終構體objc_super2的地址值。app
ldp p0, p16, [x0]表示從x0寄存器裏存放的地址開始，取前8個字節的地址賦值給p0，取後8個字節的地址賦值給p16，此時，p0寄存器的值就是objc_super2結構體中receiver的地址，p16的值就是objc_super2結構體中current_class的地址。iphone
ldr p16, [x16, #SUPERCLASS]其實就是拿到current_class的superclass，[x16, #SUPERCLASS]其實就是將x16中存放的內存地址偏移8個字節。而Class底層結構中，第一個成員變量是isa指針，佔用8個字節，第二個成員就是superclass。而x16裏存放的地址值就是Class的地址值，偏移8個字節其實就是拿到了superclass指針。這也印證了上文中所說的，objc_msgSendSuper2函數的第一個參數實際上是objc_super2類型的結構體。函數
SUPERCLASS其實就是當前架構下指針所佔字節數，在arm64架構中，指針類型佔8個字節。工具
拿到superclass指針以後，將superclass的地址值存放在p16寄存器中，而p16寄存器的值就是CacheLookup函數的參數，CacheLookup會到superclass的方法列表中去查找對應的方法。可是真正的消息接收者仍是當前的receiver。
super總結
- 經過super來調用方法時，底層會轉換成objc_msgSendSuper2函數
- objc_msgSendSuper2函數函數傳遞至少兩個參數，第一個參數是一個objc_super2類型的結構體，內部有兩個成員，第一個成員是當前實例對象自己receiver，第二個成員是當前實例對象對應的類對象current_class。
- 當調用[super xxxx]方法方法時，其實不是給receiver的superclass發送消息，而是給當前的receiver發送消息。可是在執行消息查找時，會首先拿到current_class的superclass，而後到superclass的方法緩存和方法列表中查詢方法。
- 也就是說，objc_super2的第一個成員變量receiver決定了誰是真正的消息接收者，而第二個成員變量current_class的superclass其實就決定了當前消息從哪裏開始進行查找。
通常狀況下，給對象receiver發送一個消息，首先會到receiver的緩存列表或者方法列表中去查找，找不到纔會到superclass中去查找，而super則表示首先會給receiver發送一個消息，可是會先到recever的superclass中進行方法查找。這就是爲何使用super會調用父類方法。
Demo解析
首先建立XLPerson類，而後建立XLTeacher類繼承自XLPerson類，而後在XLTeacher.m中增長以下代碼
@implementation XLTeacher
- (instancetype)init
{
self = [super init];
if (self) {
NSLog(@"%@", [self class]);
NSLog(@"%@", [super class]);
NSLog(@"%@", [self superclass]);
NSLog(@"%@", [super superclass]);
}
return self;
}
@end
複製代碼
要想知道打印結果，還須要知道class和superclass的底層實現，在objc源碼的NSObject.mm中能夠看到具體的實現，以下
@implementation NSObject
+ (id)self {
return (id)self;
}
- (id)self {
return self;
}
+ (Class)class {
return self;
}
- (Class)class {
return object_getClass(self);
}
+ (Class)superclass {
return self->superclass;
}
- (Class)superclass {
return [self class]->superclass;
}
@end
複製代碼
- [self class]，經過self（當前XLTeacher的實例對象）調用class方法其實就是給self發送一條@selector(class)消息，因爲XLTeacher的實例對象以及它的父類都沒有實現class方法，因此最終會查找到基類NSObject的方法列表中，最終找到方法實現，返回object_getClass(self);，也就是當前類對象XLTeacher。
- [super class]，其實也是向self發送一條@selector(class)消息，只不過會先到XLTea的父類中去查找方法實現，因爲父類沒有實現class方法，因此最終找到基類NSObject的class方法，返回object_getClass(self);，結果也是XLTeacher。
- [self superclass]，向self發送一條@selector(superclass)，首先會在XLTeacher的緩存和方法列表中查找，XLTeacher沒有實現此方法，所以會到XLTeacher的superclass中查找，父類也未實現，最後會找到NSObject中的superclass方法，返回[self class]->superclass，也就是XLPerson。
- [super superclass]，利用super調用superclass方法，其實仍是向self發送@selector(superclass)消息，可是會直接先從XLTeacher的父類XLPerson中查找方法實現，因爲XLPerson未實現此方法，最終會調用NSObject的superclass方法，返回[self class]->superclass，也就是XLPerson。
isKindOfClass和isMemberOfClass
源碼解析
首先，查看源碼中NSObject.mm的實現
@implementation NSObject
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
//經過object_getClass獲取當前類對象的isa所指向的元類對象與cls進行比較
return object_getClass((id)self) == cls;
}
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
//比較當前實例對象的isa所指向的類對象與cls
return [self class] == cls;
}
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
//遍歷當前類對象的元類對象以及它的父類的元類對象，若是和cls相等就返回YES
for (Class tcls = object_getClass((id)self); tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
//遍歷當前實例對象所對應的類對象以及它的父類，若是和cls相等就返回YES
for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
if (tcls == cls) return YES;
}
return NO;
}
@end
複製代碼
- 類方法+isMemberOfClass:是經過isa獲取當前類對象的元類對象，與參數中的對象進行對比，若是相等則返回YES。
- 對象方法-isMemberOfClass:是經過isa獲取當前實例對象的類對象，與參數中的對象進行對比，若是相等，則返回YES。
- 類方法+isKindOfClass:經過遍歷當前類對象所對應的元類對象以及父類所對應的元類對象，若是遍歷到的元類對象與參數中的對象相等，則返回YES。
- 對象方法-isKindOfClass:經過遍歷當前實例對象對應的類對象以及它的父類，若是遍歷到的類對象和參數中的對象相等，則返回YES。
Demo解析
建立XLPerson對象，繼承自NSObject。而後在main函數中增長如下代碼
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
BOOL result1 = [NSObject isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL result2 = [NSObject isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL result3 = [XLPerson isMemberOfClass:[XLPerson class]];
BOOL result4 = [XLPerson isKindOfClass:[XLPerson class]];
NSLog(@"%d %d %d %d", result1, result2, result3, result4);
XLPerson *person = [[XLPerson alloc] init];
BOOL result5 = [person isMemberOfClass:[NSObject class]];
BOOL result6 = [person isKindOfClass:[NSObject class]];
BOOL result7 = [person isMemberOfClass:[XLPerson class]];
BOOL result8 = [person isKindOfClass:[XLPerson class]];
NSLog(@"%d %d %d %d", result5, result6, result7, result8);
}
return 0;
}
複製代碼
類方法
- [NSObject isMemberOfClass:[NSObject class]]會返回NO，緣由是object_getClass(NSObject)拿到的是元類對象，而[NSObject class]是類對象，二者不相等。
- [NSObject isKindOfClass:[NSObject class]]會返回YES，本來獲取NSObject的元類對象和[NSObject class]來進行對比，應該是不相等，可是比較特殊的一點是NSObject的元類對象的superclass指向它的類對象，因此此處返回YES。此處能夠參考Objective-C基礎之一（深刻理解OC對象）中isa和superclass的總結。
- [XLPerson isMemberOfClass:[XLPerson class]]會返回NO，獲取到XLPerson的元類對象和[XLPerson class]進行比較，二者不相等。
- [XLPerson isKindOfClass:[XLPerson class]]會返回NO，首先會拿到XLPerson的元類對象和[XLPerson class]對比，發現不相等，而後會經過XLPerson的superclass拿到父類的元類和[XLPerson class]進行對比，發現仍是不相等，一直遍歷到基類NSObject的元類，NSObject的元類的superclass指向NSObject的類對象，所以最後一次遍歷是拿NSObject的類對象和[XLPerson class]進行比較，確定不相等，因此返回NO。
實例方法
- [person isMemberOfClass:[NSObject class]]返回NO，緣由是拿person的類對象和NSObject比較，顯然不相等。
- [person isKindOfClass:[NSObject class]]返回YES，由於XLPerson本來就是繼承自NSObject，而isKindOfClass則是經過繼承鏈最終能找到NSObject的類對象和參數[NSObject class]進行對比，二者相等。
- [person isMemberOfClass:[XLPerson class]]返回YES，person的類對象就是XLPerson。
- [person isKindOfClass:[XLPerson class]]返回YES，緣由同上。
Runtime應用
使用runtime查看私有成員變量
利用runtime，咱們能夠遍歷類的全部屬性或者成員變量，拿到屬性或者成員變量咱們就能夠作不少事情，好比結合KVC給系統類對象的私有屬性賦值，或者將字典轉換成模型等等。
訪問系統類的私有屬性而且賦值
想給系統類的私有屬性賦值，前提是須要知道系統類有哪些私有屬性，首先，建立NSObject的分類NSObject+Ivar，以下
@interface NSObject (Ivar)
+ (void)logIvar;
@end
@implementation NSObject (Ivar)
+ (void)logIvar{
unsigned int count;
Ivar *ivars = class_copyIvarList(self, &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
//取出成員變量
Ivar ivar = ivars[i];
NSString *ivarName = [[NSString alloc] initWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
NSLog(@"%@", ivarName);
}
free(ivars);
}
@end
複製代碼
而後以UITextField爲例，調用[UITextField logIvar]方法，就能夠打印出UITextField的全部成員變量，假如咱們須要修改輸入框提示語的文字顏色，就能夠找到其中的_placeholderLabel，而後經過KVC來拿到對應的屬性進行設置
UITextField *field = [[UITextField alloc] initWithFrame:CGRectMake(100, 100, 200, 30)];
field.placeholder = @"我是提示語";
[self.view addSubview:field];
[field setValue:[UIColor redColor] forKey:@"_placeholderLabel.textColor"];
複製代碼
在iOS 13以後是不容許訪問系統類的私有成員變量的，此處僅僅是用做功能演示，運行會報錯。
字典轉模型
OC開發過程當中，涉及到不少字典轉模型的需求，尤爲是和後臺進行交互。若是不使用runtime的話，就須要本身建立方法，本身去實現。以下
@interface XLPerson : NSObject
@property(nonatomic, copy)NSString *name;
@property(nonatomic, assign)int age;
+ (instancetype)personWithDic:(NSDictionary *)dic;
@end
@implementation XLPerson
+ (instancetype)personWithDic:(NSDictionary *)dic{
XLPerson *person = [[XLPerson alloc] init];
person.name = dic[@"name"];
person.age = [dic[@"age"] intValue];
return person;
}
@end
複製代碼
上述方法能夠實現字典轉模型的需求，可是若是存在字典套字典的這種狀況，那麼上述方法實現起來就會很是麻煩，所以，runtime的做用就體現了出來，典型的字典轉模型的工具如MJExtension也是利用runtime來實現。
建立NSObject的分類NSObject+Json，而後增長以下方法
@interface NSObject (Json)
+ (instancetype)objectWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary;
@end
@implementation NSObject (Json)
+ (instancetype)objectWithDictionary:(NSDictionary *)dictionary{
id object = [[self alloc] init];
unsigned int count;
Ivar *ivars = class_copyIvarList(self, &count);
for (int i = 0; i < count; i++) {
//取出成員變量
Ivar ivar = ivars[i];
NSMutableString *ivarName = [[NSMutableString alloc] initWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
//移除字符串以前的_
[ivarName deleteCharactersInRange:NSMakeRange(0, 1)];
//給對應的屬性設值
id value = dictionary[ivarName];
if (value) {
[object setValue:value forKey:ivarName];
}
}
free(ivars);
return object;
}
@end
複製代碼
使用方式以下
NSDictionary *dic = @{@"name" : @"張三", @"age" : @12};
XLPerson *person = [XLPerson objectWithDictionary:dic];
NSLog(@"%@ %d", person.name, person.age);
複製代碼
若是想要實現字典嵌套字典轉模型的方法，能夠參考MJExtension的實現。
runtime之方法交換（Method Swizzing）
以前的文章中說到過，類的全部對象方法都是存放在類對象的方法列表中，也就是存放在objc_class中的class_rw_t中，class_rw_t的源碼以下
struct class_rw_t {
uint32_t flags; //用來存放類的一些基本信息
uint32_t version; //版本號
const class_ro_t *ro; //class_ro_t類型指針
method_array_t methods; //方法列表
property_array_t properties;//屬性列表
protocol_array_t protocols; //協議列表
}
複製代碼
method_array_t是一個二維數組，內部存放了method_list_t，每一個method_list_t都存放着一個分類的全部方法，二維數組的最後一個method_list_t則存放着類編譯時就生成的全部方法，而method_list_t中存放的就是method_t，每個方法對應一個method_t，結構以下
struct method_t {
SEL name; //方法選擇器（方法名）
const char *types; //方法簽名
MethodListIMP imp; //方法實現的地址
}
複製代碼
在method_t中，imp則表示方法實現的地址，所以，若是想實現方法交換，只須要修改imp便可，而runtime就是經過交換兩個method_t的imp來實現方法交換的。
建立XLPerson類，以下
@interface XLPerson : NSObject
- (void)run;
- (void)sleep;
@end
@implementation XLPerson
+ (void)initialize
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
Method methodRun = class_getInstanceMethod(self, @selector(run));
Method methodSleep = class_getInstanceMethod(self, @selector(sleep));
method_exchangeImplementations(methodRun, methodSleep);
});
}
- (void)run{
NSLog(@"%s", __func__);
}
- (void)sleep{
NSLog(@"%s", __func__);
}
@end
複製代碼
調用run方法和sleep方法會發現二者的實現被交換了，此處展現的是對象方法的交換，類方法交換和對象方法交換相似，更多方法交換實現能夠參考Aspect。
runtime經常使用Api
動態類
//動態建立一個類（參數：父類，類名，額外的內存空間）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)
//註冊一個類（要在類註冊以前添加成員變量）
void objc_registerClassPair(Class cls)
//銷燬一個類
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
//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
屬性操做
//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
方法操做
//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
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