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作者: jackyshan
Runtime的特性主要是消息(方法)傳遞，如果消息(方法)在對(duì)象中找不到，就進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，具體怎么實(shí)現(xiàn)的呢。我們從下面幾個(gè)方面探尋Runtime的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
*Runtime介紹
*Runtime消息傳遞
*Runtime消息轉(zhuǎn)發(fā)
*Runtime應(yīng)用
**Runtime介紹**
Objective-C 擴(kuò)展了 C 語(yǔ)言，并加入了面向?qū)ο筇匦院?Smalltalk 式的消息傳遞機(jī)制。而這個(gè)擴(kuò)展的核心是一個(gè)用 C 和 編譯語(yǔ)言 寫的 Runtime 庫(kù)。它是 Objective-C 面向?qū)ο蠛蛣?dòng)態(tài)機(jī)制的基石。
Objective-C 是一個(gè)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，這意味著它不僅需要一個(gè)編譯器，也需要一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)來(lái)動(dòng)態(tài)得創(chuàng)建類和對(duì)象、進(jìn)行消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)。理解 Objective-C 的 Runtime 機(jī)制可以幫我們更好的了解這個(gè)語(yǔ)言，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候還能對(duì)語(yǔ)言進(jìn)行擴(kuò)展，從系統(tǒng)層面解決項(xiàng)目中的一些設(shè)計(jì)或技術(shù)問(wèn)題。了解 Runtime ，要先了解它的核心 - 消息傳遞 （Messaging）。
Runtime其實(shí)有兩個(gè)版本: “modern” 和 “l(fā)egacy”。我們現(xiàn)在用的?Objective-C 2.0?采用的是現(xiàn)行 (Modern) 版的?Runtime?系統(tǒng)，只能運(yùn)行在?iOS?和?macOS 10.5?之后的?64?位程序中。而?macOS?較老的32位程序仍采用?Objective-C 1?中的（早期）Legacy?版本的?Runtime?系統(tǒng)。這兩個(gè)版本最大的區(qū)別在于當(dāng)你更改一個(gè)類的實(shí)例變量的布局時(shí)，在早期版本中你需要重新編譯它的子類，而現(xiàn)行版就不需要。
Runtime?基本是用?C?和匯編寫的，可見蘋果為了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的高效而作出的努力。你可以在這里下到蘋果維護(hù)的開源代碼。蘋果和GNU各自維護(hù)一個(gè)開源的?runtime?版本，這兩個(gè)版本之間都在努力的保持一致。
平時(shí)的業(yè)務(wù)中主要是使用官方Api，解決我們框架性的需求。
高級(jí)編程語(yǔ)言想要成為可執(zhí)行文件需要先編譯為匯編語(yǔ)言再匯編為機(jī)器語(yǔ)言，機(jī)器語(yǔ)言也是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的唯一語(yǔ)言，但是OC并不能直接編譯為匯編語(yǔ)言，而是要先轉(zhuǎn)寫為純C語(yǔ)言再進(jìn)行編譯和匯編的操作，從OC到C語(yǔ)言的過(guò)渡就是由runtime來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而我們使用OC進(jìn)行面向?qū)ο箝_發(fā)，而C語(yǔ)言更多的是面向過(guò)程開發(fā)，這就需要將面向?qū)ο蟮念愞D(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻^(guò)程的結(jié)構(gòu)體。
Runtime消息傳遞
一個(gè)對(duì)象的方法像這樣[obj foo]，編譯器轉(zhuǎn)成消息發(fā)送objc_msgSend(obj, foo)，Runtime時(shí)執(zhí)行的流程是這樣的：
首先，通過(guò)obj的isa指針找到它的?class?;
在?class?的?method list?找?foo?;
如果?class?中沒(méi)到?foo，繼續(xù)往它的?superclass?中找 ;
一旦找到?foo?這個(gè)函數(shù)，就去執(zhí)行它的實(shí)現(xiàn)IMP?。
但這種實(shí)現(xiàn)有個(gè)問(wèn)題，效率低。但一個(gè)class?往往只有?20%?的函數(shù)會(huì)被經(jīng)常調(diào)用，可能占總調(diào)用次數(shù)的?80%?。每個(gè)消息都需要遍歷一次objc_method_list?并不合理。如果把經(jīng)常被調(diào)用的函數(shù)緩存下來(lái)，那可以大大提高函數(shù)查詢的效率。這也就是objc_class?中另一個(gè)重要成員objc_cache?做的事情 - 再找到foo?之后，把foo?的method_name?作為key?，method_imp作為value?給存起來(lái)。當(dāng)再次收到foo?消息的時(shí)候，可以直接在cache?里找到，避免去遍歷objc_method_list。從前面的源代碼可以看到objc_cache是存在objc_class?結(jié)構(gòu)體中的。
objec_msgSend的方法定義如下：
OBJC_EXPORT idobjc_msgSend(idself,SEL op,...)
那消息傳遞是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？我們看看對(duì)象(object)，類(class)，方法(method)這幾個(gè)的結(jié)構(gòu)體：
//對(duì)象structobjc_object{Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;};//類structobjc_class{Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;#if!__OBJC2__Class super_class? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;constchar*name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longversion? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinfo? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinstance_size? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_ivar_list*ivars? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_method_list**methodLists? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_cache*cache? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_protocol_list*protocols? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#endif}OBJC2_UNAVAILABLE;//方法列表structobjc_method_list{structobjc_method_list*obsolete? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;intmethod_count? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#ifdef__LP64__intspace? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#endif/* variable length structure */structobjc_methodmethod_list[1]OBJC2_UNAVAILABLE;}OBJC2_UNAVAILABLE;//方法structobjc_method{SEL method_name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;char*method_types? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;IMP method_imp? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;}
系統(tǒng)首先找到消息的接收對(duì)象，然后通過(guò)對(duì)象的isa找到它的類。
在它的類中查找method_list，是否有selector方法。
沒(méi)有則查找父類的method_list。
找到對(duì)應(yīng)的method，執(zhí)行它的IMP。
轉(zhuǎn)發(fā)IMP的return值。
下面講講消息傳遞用到的一些概念：
類對(duì)象(objc_class)
實(shí)例(objc_object)
元類(Meta Class)
Method(objc_method)
SEL(objc_selector)
IMP
類緩存(objc_cache)
Category(objc_category)
類對(duì)象(objc_class)
Objective-C類是由Class類型來(lái)表示的，它實(shí)際上是一個(gè)指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針。
typedefstructobjc_class*Class;
查看objc/runtime.h中objc_class結(jié)構(gòu)體的定義如下：
structobjc_class{Class _Nonnull isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;#if!__OBJC2__Class _Nullable super_class? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;constchar*_Nonnull name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longversion? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinfo? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinstance_size? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_ivar_list*_Nullable ivars? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_method_list*_Nullable*_Nullable methodLists? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_cache*_Nonnull cache? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_protocol_list*_Nullable protocols? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#endif}OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_class結(jié)構(gòu)體定義了很多變量，通過(guò)命名不難發(fā)現(xiàn)，
結(jié)構(gòu)體里保存了指向父類的指針、類的名字、版本、實(shí)例大小、實(shí)例變量列表、方法列表、緩存、遵守的協(xié)議列表等，
一個(gè)類包含的信息也不就正是這些嗎？沒(méi)錯(cuò)，類對(duì)象就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct objc_class，這個(gè)結(jié)構(gòu)體存放的數(shù)據(jù)稱為元數(shù)據(jù)(metadata)，
該結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員變量也是isa指針，這就說(shuō)明了Class本身其實(shí)也是一個(gè)對(duì)象，因此我們稱之為類對(duì)象，類對(duì)象在編譯期產(chǎn)生用于創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象，是單例。
實(shí)例(objc_object)
/// Represents an instance of a class.structobjc_object{Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;};/// A pointer to an instance of a class.typedefstructobjc_object*id;
類對(duì)象中的元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的都是如何創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例的相關(guān)信息，那么類對(duì)象和類方法應(yīng)該從哪里創(chuàng)建呢？
就是從isa指針指向的結(jié)構(gòu)體創(chuàng)建，類對(duì)象的isa指針指向的我們稱之為元類(metaclass)，
元類中保存了創(chuàng)建類對(duì)象以及類方法所需的所有信息，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)該如下圖所示:
元類(Meta Class)
通過(guò)上圖我們可以看出整個(gè)體系構(gòu)成了一個(gè)自閉環(huán)，struct objc_object結(jié)構(gòu)體實(shí)例它的isa指針指向類對(duì)象，
類對(duì)象的isa指針指向了元類，super_class指針指向了父類的類對(duì)象，
而元類的super_class指針指向了父類的元類，那元類的isa指針又指向了自己。
元類(Meta Class)是一個(gè)類對(duì)象的類。
在上面我們提到，所有的類自身也是一個(gè)對(duì)象，我們可以向這個(gè)對(duì)象發(fā)送消息(即調(diào)用類方法)。
為了調(diào)用類方法，這個(gè)類的isa指針必須指向一個(gè)包含這些類方法的一個(gè)objc_class結(jié)構(gòu)體。這就引出了meta-class的概念，元類中保存了創(chuàng)建類對(duì)象以及類方法所需的所有信息。
任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己。
Method(objc_method)
先看下定義
runtime.h/// An opaque type that represents a method in a class definition.代表類定義中一個(gè)方法的不透明類型typedefstructobjc_method*Method;structobjc_method{SEL method_name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;char*method_types? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;IMP method_imp? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;
Method和我們平時(shí)理解的函數(shù)是一致的，就是表示能夠獨(dú)立完成一個(gè)功能的一段代碼，比如：
-(void)logName{NSLog(@"name");}
這段代碼，就是一個(gè)函數(shù)。
我們來(lái)看下objc_method這個(gè)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：
SEL method_name 方法名
char *method_types 方法類型
IMP method_imp 方法實(shí)現(xiàn)
在這個(gè)結(jié)構(gòu)體重，我們已經(jīng)看到了SEL和IMP，說(shuō)明SEL和IMP其實(shí)都是Method的屬性。
我們接著來(lái)看SEL。
SEL(objc_selector)
先看下定義
Objc.h/// An opaque type that represents a method selector.代表一個(gè)方法的不透明類型typedefstructobjc_selector*SEL;
objc_msgSend函數(shù)第二個(gè)參數(shù)類型為SEL，它是selector在Objective-C中的表示類型（Swift中是Selector類）。selector是方法選擇器，可以理解為區(qū)分方法的?ID，而這個(gè)?ID?的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:
@propertySEL selector;
可以看到selector是SEL的一個(gè)實(shí)例。
Amethod selectorisaCstringthat has been registered(or “mapped“)with the Objective-Cruntime.Selectorsgenerated by the compiler are automatically mapped by the runtime when theclassisloaded.
其實(shí)selector就是個(gè)映射到方法的C字符串，你可以用?Objective-C?編譯器命令@selector()或者?Runtime?系統(tǒng)的sel_registerName函數(shù)來(lái)獲得一個(gè)?SEL?類型的方法選擇器。
selector既然是一個(gè)string，我覺得應(yīng)該是類似className+method的組合，命名規(guī)則有兩條：
同一個(gè)類，selector不能重復(fù)
不同的類，selector可以重復(fù)
這也帶來(lái)了一個(gè)弊端，我們?cè)趯慍代碼的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用到函數(shù)重載，就是函數(shù)名相同，參數(shù)不同，但是這在Objective-C中是行不通的，因?yàn)閟elector只記了method的name，沒(méi)有參數(shù)，所以沒(méi)法區(qū)分不同的method。
比如：
-(void)caculate(NSInteger)num;-(void)caculate(CGFloat)num;
是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。
我們只能通過(guò)命名來(lái)區(qū)別：
-(void)caculateWithInt(NSInteger)num;-(void)caculateWithFloat(CGFloat)num;
在不同類中相同名字的方法所對(duì)應(yīng)的方法選擇器是相同的，即使方法名字相同而變量類型不同也會(huì)導(dǎo)致它們具有相同的方法選擇器。
IMP
看下IMP的定義
/// A pointer to the function of a method implementation.? 指向一個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的指針typedefid(*IMP)(id,SEL,...);#endif
就是指向最終實(shí)現(xiàn)程序的內(nèi)存地址的指針。
在iOS的Runtime中，Method通過(guò)selector和IMP兩個(gè)屬性，實(shí)現(xiàn)了快速查詢方法及實(shí)現(xiàn)，相對(duì)提高了性能，又保持了靈活性。
類緩存(objc_cache)
當(dāng)Objective-C運(yùn)行時(shí)通過(guò)跟蹤它的isa指針檢查對(duì)象時(shí)，它可以找到一個(gè)實(shí)現(xiàn)許多方法的對(duì)象。然而，你可能只調(diào)用它們的一小部分，并且每次查找時(shí)，搜索所有選擇器的類分派表沒(méi)有意義。所以類實(shí)現(xiàn)一個(gè)緩存，每當(dāng)你搜索一個(gè)類分派表，并找到相應(yīng)的選擇器，它把它放入它的緩存。所以當(dāng)objc_msgSend查找一個(gè)類的選擇器，它首先搜索類緩存。這是基于這樣的理論：如果你在類上調(diào)用一個(gè)消息，你可能以后再次調(diào)用該消息。
為了加速消息分發(fā)， 系統(tǒng)會(huì)對(duì)方法和對(duì)應(yīng)的地址進(jìn)行緩存，就放在上述的objc_cache，所以在實(shí)際運(yùn)行中，大部分常用的方法都是會(huì)被緩存起來(lái)的，Runtime系統(tǒng)實(shí)際上非?？欤咏苯訄?zhí)行內(nèi)存地址的程序速度。
Category(objc_category)
Category是表示一個(gè)指向分類的結(jié)構(gòu)體的指針，其定義如下：
structcategory_t{constchar*name;classref_t cls;structmethod_list_t*instanceMethods;structmethod_list_t*classMethods;structprotocol_list_t*protocols;structproperty_list_t*instanceProperties;};
name：是指 class_name 而不是 category_name。cls：要擴(kuò)展的類對(duì)象，編譯期間是不會(huì)定義的，而是在Runtime階段通過(guò)name對(duì) 應(yīng)到對(duì)應(yīng)的類對(duì)象。instanceMethods：category中所有給類添加的實(shí)例方法的列表。classMethods：category中所有添加的類方法的列表。protocols：category實(shí)現(xiàn)的所有協(xié)議的列表。instanceProperties：表示Category里所有的properties，這就是我們可以通過(guò)objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加實(shí)例變量的原因，不過(guò)這個(gè)和一般的實(shí)例變量是不一樣的。
從上面的category_t的結(jié)構(gòu)體中可以看出，分類中可以添加實(shí)例方法，類方法，甚至可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議，添加屬性，不可以添加成員變量。
Runtime消息轉(zhuǎn)發(fā)
前文介紹了進(jìn)行一次發(fā)送消息會(huì)在相關(guān)的類對(duì)象中搜索方法列表，如果找不到則會(huì)沿著繼承樹向上一直搜索知道繼承樹根部（通常為NSObject），如果還是找不到并且消息轉(zhuǎn)發(fā)都失敗了就回執(zhí)行doesNotRecognizeSelector:方法報(bào)unrecognized selector錯(cuò)。那么消息轉(zhuǎn)發(fā)到底是什么呢？接下來(lái)將會(huì)逐一介紹最后的三次機(jī)會(huì)。
動(dòng)態(tài)方法解析
備用接收者
完整消息轉(zhuǎn)發(fā)
動(dòng)態(tài)方法解析
首先，Objective-C運(yùn)行時(shí)會(huì)調(diào)用?+resolveInstanceMethod:或者?+resolveClassMethod:，讓你有機(jī)會(huì)提供一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。如果你添加了函數(shù)并返回YES， 那運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)就會(huì)重新啟動(dòng)一次消息發(fā)送的過(guò)程。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)方法解析的例子如下：
-(void)viewDidLoad{[superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.//執(zhí)行foo函數(shù)[selfperformSelector:@selector(foo:)];}+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{if(sel==@selector(foo:)){//如果是執(zhí)行foo函數(shù)，就動(dòng)態(tài)解析，指定新的IMPclass_addMethod([selfclass],sel,(IMP)fooMethod,"v@:");returnYES;}return[superresolveInstanceMethod:sel];}voidfooMethod(id obj,SEL _cmd){NSLog(@"Doing foo");//新的foo函數(shù)}
打印結(jié)果：
2018-04-01 12:23:35.952670+0800 ocram[87546:23235469] Doing foo
可以看到雖然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)foo:這個(gè)函數(shù)，但是我們通過(guò)class_addMethod動(dòng)態(tài)添加fooMethod函數(shù)，并執(zhí)行fooMethod這個(gè)函數(shù)的IMP。從打印結(jié)果看，成功實(shí)現(xiàn)了。
如果resolve方法返回?NO?，運(yùn)行時(shí)就會(huì)移到下一步：forwardingTargetForSelector。
備用接收者
如果目標(biāo)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了-forwardingTargetForSelector:，Runtime?這時(shí)就會(huì)調(diào)用這個(gè)方法，給你把這個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對(duì)象的機(jī)會(huì)。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)備用接收者的例子如下：
#import"ViewController.h"#import"objc/runtime.h"@interfacePerson:NSObject@end@implementationPerson-(void)foo{NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)}@end@interfaceViewController()@end@implementationViewController-(void)viewDidLoad{[superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.//執(zhí)行foo函數(shù)[selfperformSelector:@selector(foo)];}+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{returnYES;//返回YES，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)}-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{if(aSelector==@selector(foo)){return[Person new];//返回Person對(duì)象，讓Person對(duì)象接收這個(gè)消息}return[superforwardingTargetForSelector:aSelector];}@end
打印結(jié)果：
2018-04-01 12:45:04.757929+0800 ocram[88023:23260346] Doing foo
可以看到我們通過(guò)forwardingTargetForSelector把當(dāng)前ViewController的方法轉(zhuǎn)發(fā)給了Person去執(zhí)行了。打印結(jié)果也證明我們成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)。
完整消息轉(zhuǎn)發(fā)
如果在上一步還不能處理未知消息，則唯一能做的就是啟用完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制了。
首先它會(huì)發(fā)送-methodSignatureForSelector:消息獲得函數(shù)的參數(shù)和返回值類型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil?，Runtime則會(huì)發(fā)出?-doesNotRecognizeSelector:?消息，程序這時(shí)也就掛掉了。如果返回了一個(gè)函數(shù)簽名，Runtime就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)NSInvocation?對(duì)象并發(fā)送?-forwardInvocation:消息給目標(biāo)對(duì)象。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整轉(zhuǎn)發(fā)的例子如下：
#import"ViewController.h"#import"objc/runtime.h"@interfacePerson:NSObject@end@implementationPerson-(void)foo{NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)}@end@interfaceViewController()@end@implementationViewController-(void)viewDidLoad{[superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.//執(zhí)行foo函數(shù)[selfperformSelector:@selector(foo)];}+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{returnYES;//返回YES，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)}-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{returnnil;//返回nil，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)}-(NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{if([NSStringFromSelector(aSelector)isEqualToString:@"foo"]){return[NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];//簽名，進(jìn)入forwardInvocation}return[supermethodSignatureForSelector:aSelector];}-(void)forwardInvocation:(NSInvocation*)anInvocation{SEL sel=anInvocation.selector;Person*p=[Person new];if([p respondsToSelector:sel]){[anInvocation invokeWithTarget:p];}else{[selfdoesNotRecognizeSelector:sel];}}@end
打印結(jié)果：
2018-04-01 13:00:45.423385+0800 ocram[88353:23279961] Doing foo
從打印結(jié)果來(lái)看，我們實(shí)現(xiàn)了完整的轉(zhuǎn)發(fā)。通過(guò)簽名，Runtime生成了一個(gè)對(duì)象anInvocation，發(fā)送給了forwardInvocation，我們?cè)趂orwardInvocation方法里面讓Person對(duì)象去執(zhí)行了foo函數(shù)。簽名參數(shù)v@:怎么解釋呢，這里蘋果文檔Type Encodings有詳細(xì)的解釋。
以上就是Runtime的三次轉(zhuǎn)發(fā)流程。下面我們講講Runtime的實(shí)際應(yīng)用。
Runtime應(yīng)用
Runtime簡(jiǎn)直就是做大型框架的利器。它的應(yīng)用場(chǎng)景非常多，下面就介紹一些常見的應(yīng)用場(chǎng)景。
關(guān)聯(lián)對(duì)象(Objective-C Associated Objects)給分類增加屬性
方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實(shí)現(xiàn)
消息轉(zhuǎn)發(fā)(熱更新)解決Bug(JSPatch)
實(shí)現(xiàn)NSCoding的自動(dòng)歸檔和自動(dòng)解檔
實(shí)現(xiàn)字典和模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換(MJExtension)
關(guān)聯(lián)對(duì)象(Objective-C Associated Objects)給分類增加屬性
我們都是知道分類是不能自定義屬性和變量的。下面通過(guò)關(guān)聯(lián)對(duì)象實(shí)現(xiàn)給分類添加屬性。
關(guān)聯(lián)對(duì)象Runtime提供了下面幾個(gè)接口：
//關(guān)聯(lián)對(duì)象voidobjc_setAssociatedObject(id object,constvoid*key,id value,objc_AssociationPolicy policy)//獲取關(guān)聯(lián)的對(duì)象idobjc_getAssociatedObject(id object,constvoid*key)//移除關(guān)聯(lián)的對(duì)象voidobjc_removeAssociatedObjects(id object)
參數(shù)解釋
idobject：被關(guān)聯(lián)的對(duì)象constvoid*key：關(guān)聯(lián)的key，要求唯一idvalue：關(guān)聯(lián)的對(duì)象objc_AssociationPolicy policy：內(nèi)存管理的策略
內(nèi)存管理的策略
typedefOBJC_ENUM(uintptr_t,objc_AssociationPolicy){OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN=0,/**< Specifies a weak reference to the associated object. */OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC=1,/**< Specifies a strong reference to the associated object.
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is not made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC=3,/**< Specifies that the associated object is copied.
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is not made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_RETAIN=01401,/**< Specifies a strong reference to the associated object.
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_COPY=01403/**< Specifies that the associated object is copied.
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is made atomically. */};
下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)UIView的Category添加自定義屬性defaultColor。
#import"ViewController.h"#import"objc/runtime.h"@interfaceUIView(DefaultColor)@property(nonatomic,strong)UIColor*defaultColor;@end@implementationUIView(DefaultColor)@dynamicdefaultColor;staticcharkDefaultColorKey;-(void)setDefaultColor:(UIColor*)defaultColor{objc_setAssociatedObject(self,&kDefaultColorKey,defaultColor,OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);}-(id)defaultColor{returnobjc_getAssociatedObject(self,&kDefaultColorKey);}@end@interfaceViewController()@end@implementationViewController-(void)viewDidLoad{[superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.UIView*test=[UIView new];test.defaultColor=[UIColor blackColor];NSLog(@"%@",test.defaultColor);}@end
打印結(jié)果：
2018-04-01 15:41:44.977732+0800 ocram[2053:63739] UIExtendedGrayColorSpace 0 1
打印結(jié)果來(lái)看，我們成功在分類上添加了一個(gè)屬性，實(shí)現(xiàn)了它的setter和getter方法。
通過(guò)關(guān)聯(lián)對(duì)象實(shí)現(xiàn)的屬性的內(nèi)存管理也是有ARC管理的，所以我們只需要給定適當(dāng)?shù)膬?nèi)存策略就行了，不需要操心對(duì)象的釋放。
我們看看內(nèi)存測(cè)量對(duì)于的屬性修飾。
內(nèi)存策略屬性修飾描述
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN@property (assign) 或 @property (unsafe_unretained)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的弱引用。
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC@property (nonatomic, strong)@property (nonatomic, strong) 指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的強(qiáng)引用，不能被原子化使用。
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC@property (nonatomic, copy)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的copy引用，不能被原子化使用。
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN@property (atomic, strong)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的強(qiáng)引用，能被原子化使用。
OBJC_ASSOCIATION_COPY@property (atomic, copy)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的copy引用，能被原子化使用。
方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實(shí)現(xiàn)
方法添加
實(shí)際上添加方法剛才在講消息轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候，動(dòng)態(tài)方法解析的時(shí)候就提到了。
//class_addMethod(Class? _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL? _Nonnull name, IMP? _Nonnull imp, const char * _Nullable types)class_addMethod([selfclass],sel,(IMP)fooMethod,"v@:");
cls 被添加方法的類
name 添加的方法的名稱的SEL
imp 方法的實(shí)現(xiàn)。該函數(shù)必須至少要有兩個(gè)參數(shù)，self,_cmd
類型編碼
方法替換
下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)替換ViewController的viewDidLoad方法的例子。
@implementationViewController+(void)load{static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken,^{Classclass=[selfclass];SEL originalSelector=@selector(viewDidLoad);SEL swizzledSelector=@selector(jkviewDidLoad);Method originalMethod=class_getInstanceMethod(class,originalSelector);Method swizzledMethod=class_getInstanceMethod(class,swizzledSelector);//judge the method named? swizzledMethod is already existed.BOOL didAddMethod=class_addMethod(class,originalSelector,method_getImplementation(swizzledMethod),method_getTypeEncoding(swizzledMethod));// if swizzledMethod is already existed.if(didAddMethod){class_replaceMethod(class,swizzledSelector,method_getImplementation(originalMethod),method_getTypeEncoding(originalMethod));}else{method_exchangeImplementations(originalMethod,swizzledMethod);}});}-(void)jkviewDidLoad{NSLog(@"替換的方法");[self jkviewDidLoad];}-(void)viewDidLoad{NSLog(@"自帶的方法");[superviewDidLoad];}@end
swizzling應(yīng)該只在+load中完成。 在?Objective-C?的運(yùn)行時(shí)中，每個(gè)類有兩個(gè)方法都會(huì)自動(dòng)調(diào)用。+load?是在一個(gè)類被初始裝載時(shí)調(diào)用，+initialize?是在應(yīng)用第一次調(diào)用該類的類方法或?qū)嵗椒ㄇ罢{(diào)用的。兩個(gè)方法都是可選的，并且只有在方法被實(shí)現(xiàn)的情況下才會(huì)被調(diào)用。
swizzling應(yīng)該只在dispatch_once?中完成,由于swizzling?改變了全局的狀態(tài)，所以我們需要確保每個(gè)預(yù)防措施在運(yùn)行時(shí)都是可用的。原子操作就是這樣一個(gè)用于確保代碼只會(huì)被執(zhí)行一次的預(yù)防措施，就算是在不同的線程中也能確保代碼只執(zhí)行一次。Grand Central Dispatch 的 dispatch_once滿足了所需要的需求，并且應(yīng)該被當(dāng)做使用swizzling?的初始化單例方法的標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)現(xiàn)圖解如下圖。
從圖中可以看出，我們通過(guò)swizzling特性，將selectorC的方法實(shí)現(xiàn)IMPc與selectorN的方法實(shí)現(xiàn)IMPn交換了，當(dāng)我們調(diào)用selectorC，也就是給對(duì)象發(fā)送selectorC消息時(shí)，所查找到的對(duì)應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)就是IMPn而不是IMPc了。
KVO實(shí)現(xiàn)
全稱是Key-value observing，翻譯成鍵值觀察。提供了一種當(dāng)其它對(duì)象屬性被修改的時(shí)候能通知當(dāng)前對(duì)象的機(jī)制。再M(fèi)VC大行其道的Cocoa中，KVO機(jī)制很適合實(shí)現(xiàn)model和controller類之間的通訊。
KVO的實(shí)現(xiàn)依賴于?Objective-C?強(qiáng)大的?Runtime，當(dāng)觀察某對(duì)象?A?時(shí)，KVO?機(jī)制動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象A當(dāng)前類的子類，并為這個(gè)新的子類重寫了被觀察屬性?keyPath?的?setter?方法。setter?方法隨后負(fù)責(zé)通知觀察對(duì)象屬性的改變狀況。
Apple?使用了?isa-swizzling?來(lái)實(shí)現(xiàn)?KVO?。當(dāng)觀察對(duì)象A時(shí)，KVO機(jī)制動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)新的名為：NSKVONotifying_A的新類，該類繼承自對(duì)象A的本類，且?KVO?為?NSKVONotifying_A?重寫觀察屬性的?setter?方法，setter?方法會(huì)負(fù)責(zé)在調(diào)用原?setter?方法之前和之后，通知所有觀察對(duì)象屬性值的更改情況。
NSKVONotifying_A 類剖析
NSLog(@"self->isa:%@",self->isa);NSLog(@"self class:%@",[selfclass]);
在建立KVO監(jiān)聽前，打印結(jié)果為：
self->isa:Aselfclass:A
在建立KVO監(jiān)聽之后，打印結(jié)果為：
self->isa:NSKVONotifying_Aselfclass:A
在這個(gè)過(guò)程，被觀察對(duì)象的?isa?指針從指向原來(lái)的?A?類，被KVO?機(jī)制修改為指向系統(tǒng)新創(chuàng)建的子類NSKVONotifying_A?類，來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前類屬性值改變的監(jiān)聽；
所以當(dāng)我們從應(yīng)用層面上看來(lái)，完全沒(méi)有意識(shí)到有新的類出現(xiàn)，這是系統(tǒng)“隱瞞”了對(duì)?KVO?的底層實(shí)現(xiàn)過(guò)程，讓我們誤以為還是原來(lái)的類。但是此時(shí)如果我們創(chuàng)建一個(gè)新的名為“NSKVONotifying_A”的類，就會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行到注冊(cè)?KVO?的那段代碼時(shí)程序就崩潰，因?yàn)橄到y(tǒng)在注冊(cè)監(jiān)聽的時(shí)候動(dòng)態(tài)創(chuàng)建了名為?NSKVONotifying_A?的中間類，并指向這個(gè)中間類了。
子類setter方法剖析
KVO?的鍵值觀察通知依賴于 NSObject 的兩個(gè)方法:willChangeValueForKey:和?didChangeValueForKey:?，在存取數(shù)值的前后分別調(diào)用 2 個(gè)方法：
被觀察屬性發(fā)生改變之前，willChangeValueForKey:被調(diào)用，通知系統(tǒng)該?keyPath?的屬性值即將變更；
當(dāng)改變發(fā)生后，?didChangeValueForKey:?被調(diào)用，通知系統(tǒng)該keyPath?的屬性值已經(jīng)變更；之后，?observeValueForKey:ofObject:change:context:也會(huì)被調(diào)用。且重寫觀察屬性的setter?方法這種繼承方式的注入是在運(yùn)行時(shí)而不是編譯時(shí)實(shí)現(xiàn)的。
KVO?為子類的觀察者屬性重寫調(diào)用存取方法的工作原理在代碼中相當(dāng)于：
-(void)setName:(NSString*)newName{[selfwillChangeValueForKey:@"name"];//KVO 在調(diào)用存取方法之前總調(diào)用 [supersetValue:newName forKey:@"name"];//調(diào)用父類的存取方法 [selfdidChangeValueForKey:@"name"];//KVO 在調(diào)用存取方法之后總調(diào)用}
消息轉(zhuǎn)發(fā)(熱更新)解決Bug(JSPatch)
JSPatch?是一個(gè) iOS 動(dòng)態(tài)更新框架，只需在項(xiàng)目中引入極小的引擎，就可以使用 JavaScript 調(diào)用任何 Objective-C 原生接口，獲得腳本語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)：為項(xiàng)目動(dòng)態(tài)添加模塊，或替換項(xiàng)目原生代碼動(dòng)態(tài)修復(fù) bug。
關(guān)于消息轉(zhuǎn)發(fā)，前面已經(jīng)講到過(guò)了，消息轉(zhuǎn)發(fā)分為三級(jí)，我們可以在每級(jí)實(shí)現(xiàn)替換功能，實(shí)現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，從而不會(huì)造成崩潰。JSPatch不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，還可以實(shí)現(xiàn)方法添加、替換能一系列功能。
實(shí)現(xiàn)NSCoding的自動(dòng)歸檔和自動(dòng)解檔
原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性，并對(duì)屬性進(jìn)行encode和decode操作。
核心方法：在Model的基類中重寫方法：
-(id)initWithCoder:(NSCoder*)aDecoder{if(self=[superinit]){unsignedintoutCount;Ivar*ivars=class_copyIvarList([selfclass],&outCount);for(inti=0;i<outCount;i++){Ivar ivar=ivars[i];NSString*key=[NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];[selfsetValue:[aDecoder decodeObjectForKey:key]forKey:key];}}returnself;}-(void)encodeWithCoder:(NSCoder*)aCoder{unsignedintoutCount;Ivar*ivars=class_copyIvarList([selfclass],&outCount);for(inti=0;i<outCount;i++){Ivar ivar=ivars[i];NSString*key=[NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];[aCoder encodeObject:[selfvalueForKey:key]forKey:key];}}
實(shí)現(xiàn)字典和模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換(MJExtension)
原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性，如果屬性在json中有對(duì)應(yīng)的值，則將其賦值。
核心方法：在NSObject的分類中添加方法
-(instancetype)initWithDict:(NSDictionary*)dict{if(self=[selfinit]){//(1)獲取類的屬性及屬性對(duì)應(yīng)的類型NSMutableArray*keys=[NSMutableArray array];NSMutableArray*attributes=[NSMutableArray array];/*
? ? ? ? * 例子
? ? ? ? * name = value3 attribute = T@"NSString",C,N,V_value3
? ? ? ? * name = value4 attribute = T^i,N,V_value4
? ? ? ? */unsignedintoutCount;objc_property_t*properties=class_copyPropertyList([selfclass],&outCount);for(inti=0;i<outCount;i++){objc_property_t property=properties[i];//通過(guò)property_getName函數(shù)獲得屬性的名字NSString*propertyName=[NSString stringWithCString:property_getName(property)encoding:NSUTF8StringEncoding];[keys addObject:propertyName];//通過(guò)property_getAttributes函數(shù)可以獲得屬性的名字和@encode編碼NSString*propertyAttribute=[NSString stringWithCString:property_getAttributes(property)encoding:NSUTF8StringEncoding];[attributes addObject:propertyAttribute];}//立即釋放properties指向的內(nèi)存free(properties);//(2)根據(jù)類型給屬性賦值for(NSString*keyinkeys){if([dict valueForKey:key]==nil)continue;[selfsetValue:[dict valueForKey:key]forKey:key];}}returnself;}
以上就是Runtime應(yīng)用的一些場(chǎng)景，本文到此結(jié)束了。
本文轉(zhuǎn)載自:?http://m.itdecent.cn/p/6ebda3cd8052?
作者: jackyshan
