iOS Runtime 几种基本用法简记

Runtime 介绍

这不是一遍介绍关于Runtime实现细节的文章，而是怎么利用Objective-C提供的Runtime API进行开发的文章！

Objective-C拥有相当多的动态特性，这些特性在运行程序时候发挥作用.

Objctive-C Runtime是个运行时的库，由C和汇编实现。通过Runtime封装的C结构体和函数可以在程序运行时创建、检查和修改类以及对象及其方法，甚至可以替换或交换方法的实现。

下面记录一下关于Runtime的一些基本用法

1）消息机制

在OOP术语中，消息传递是指一种在对象之间发送和接收消息的通信模式。
在Objective-C中，消息传递用于在调用类和类实例的方法，即接收者接收需要执行的消息。

使用案例

// 通过类名获取类
Class catClass = objc_getClass("Cat"); 
    
//注意Class实际上也是对象，所以同样能够接受消息，向Class发送alloc消息
Cat *cat = objc_msgSend(catClass, @selector(alloc)); 
    
//发送init消息给Cat实例cat
cat = objc_msgSend(cat, @selector(init)); 
    
//发送eat消息给cat，即调用eat方法
objc_msgSend(cat, @selector(eat));
    
//汇总消息传递过程
objc_msgSend(objc_msgSend(objc_msgSend(objc_getClass("Cat"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init")), sel_registerName("eat"));

2）方法交换 Method Swizzling

Objective-C 提供了一下API用于动态替换类方法或者实例方法的实现：

• class_replaceMethod 替换类方法的定义
• method_exchangeImplementations 交换两个方法的实现（具体使用案例如下）
• method_setImplementation 设置一个方法的实现

注：class_replaceMethod 试图替换一个不存在的方法时候，会调用class_addMethod为该类增加一个新方法

使用案例

//Cat.m

+ (void)load{
    Method eatMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(eat));
        Method shirtMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(shirt));
    
    method_exchangeImplementations(eatMethod, shirtMethod);
}

- (void)eat{
    NSLog(@"cat eat....");
}

- (void)shirt{
    NSLog(@"cat shirt....");
}

3）动态加载方法

当调用一个未实现的方法，或者说发送未知的消息给接收者时候，消息的接受者会调用resolveInstanceMethod

使用案例

// Cat.m

//An Objective-C method is simply a C function that take at least two arguments—self and _cmd. 
void run(id self, SEL _cmd, NSNumber *number){
    NSLog(@"run for %@", number);
}

//收到run:消息时候，为该类添加一个方法实现
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    if(sel == NSSelectorFromString(@"run:")){
        class_addMethod(self, @selector(run:), run, "v@:@");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

//另外针对类方法的为 resolveClassMethod

4）消息转发

//  第一步，消息接收者没有找到对应的方法时候，会先调用此方法，可在此方法实现中动态添加新的方法
//  返回YES表示相应selector的实现已经被找到，或者添加新方法到了类中，否则返回NO
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;
}

//  第二步， 如果第一步的返回NO或者直接返回了YES而没有添加方法，该方法被调用
//  在这个方法中，我们可以指定一个可以返回一个可以响应该方法的对象， 注意如果返回self就会死循环
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return nil;
}


//  第三步， 如果forwardingTargetForSelector:返回了nil，则该方法会被调用，系统会询问我们要一个合法的『类型编码(Type Encoding)』
//  若返回 nil，则不会进入下一步，而是无法处理消息
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}

// 当实现了此方法后，-doesNotRecognizeSelector: 将不会被调用
// 在这里进行消息转发
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    // 在这里可以改变方法选择器
    [anInvocation setSelector:@selector(unknown)];
    // 改变方法选择器后，需要指定消息的接收者
    [anInvocation invokeWithTarget:self];
}

- (void)unknown {
    NSLog(@"unkown method.......");
}

// 如果没有实现消息转发 forwardInvocation  则调用此方法
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"unresolved method ：%@", NSStringFromSelector(aSelector));
}

注： 『类型编码(Type Encoding)』

5）动态关联属性

对象在内存中的排布可以看成一个结构体，该结构体的大小并不能动态变化，所以无法在运行时动态给对象增加成员变量。相对的，对象的方法定义都保存在类的可变区域中。

如下图所示为Class 的描述信息，其中methodList为可访问类中定义的方法的指针的指针，通过修改该指针所指向的指针的值，我们可以实现为类动态增加方法实现。

因此，我们可以实现动态为一个类增加成员方法，但是却不能直接为类增加成员变量，这就是category的实现原理。

//<objc/runtime.h>

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;

使用案例

//Cat+Extend.h

@interface Cat (extend)

@property(nonatomic, copy) NSString *name;

@end


//Cat+Extend.m

@implementation Cat (extend)

- (void)setName:(NSString *)name{
    objc_setAssociatedObject(self, "name", name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (NSString *)name{
    return objc_getAssociatedObject(self, "name");
}

@end

6）字典转模型应用

通过Class的结构体内容，可以看到ivars指针指向包含了类中成员变量的结构体，通过它可以得到类中定义的成员变量，而Objective-C中提供了相应的API方法: class_copyIvarList

//<objc/runtime.h>

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;

使用案例

//Cat.h

@property(nonatomic, copy) NSString *cid;

@property(nonatomic, copy) NSString *age;

+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict;


//Cat.m

+ (instancetype)modelWithDict:(NSDictionary *)dict{
    id model = [[self alloc] init];
    unsigned int count = 0;
    
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(self, &count);
    for (int i = 0 ; i < count; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        
        //这里注意，拿到的成员变量名为_cid,_age
        ivarName = [ivarName substringFromIndex:1];
        id value = dict[ivarName];
        
        [model setValue:value forKeyPath:ivarName];
    }
    
    return model;
}