RunTime应用实例：MustOverride

一、常用做法

在IOS开发中，我们的基类往往会写一些空方法，然后让子类去实现，基类控制主要流程(这其实就是模板方法模式)，这时我们往往这样写：

- (void)mustBeOverriddenMethod {

[NSException raise:@"Method did not be overridden" format:@"you must override this method in the subclass"];

}

这样该方法如果直接被父类调用就会报异常，并且提示一定要被子类所覆盖。但是该方法存在如下弊端：

1. 该方法一定要被调用才可以报异常，如果子类没有调用该方法，也没有覆盖该方法，父类在某些特定的情况下才调用该方法，那么就会出错。
2. 不可以在该方法内部做一个基本的实现，然后被子类继承并且调用[super mustBeOverriddenMethod]
3. 如果项目中存在一个子类，但是暂时没有用到，并且其没有覆写这个方法，那么没有提示。以后其他人用这个类，很可能就会出错。

二、优雅的做法及疑问

以上这些问题都可以通过MustOverride框架来实现。
先来看下其用法，然后我们逐步分析其实现方式。
只要在父类需要被实现的方法内容添加一个宏：SUBCLASS_MUST_OVERRIDE即可：

   - (void)someMethod {
 
    SUBCLASS_MUST_OVERRIDE;
}  

这样就可以了，并且更加神奇的是：

1. 没有类调用该方法也可以报异常。

2. 就算子类没有被用到也会报异常。

3. 父类中可以做简单的实现，子类可以调用super来扩展该实现。
   这时你可能产生如下疑问:

4. 这个类没有用到为啥可以报异常？

5. 它是怎样找到这个类的被标记了SUBCLASS_MUST_OVERRIDE的方法的？

三、对问题的剖析

一切都要从这个宏说起，进入宏的定义可以发现：

     #define SUBCLASS_MUST_OVERRIDE __attribute__((used, section("__DATA,MustOverride" \
))) static const char *__must_override_entry__ = __func__

是不是感觉有些长？我们可以将该宏拆分：

  #define SUBCLASS_MUST_OVERRIDE static const char *__must_override_entry__ = __func__
  
   __attribute__((used, section("__DATA, MustOverride" )))   

首先定义了一个静态常量指针__must_override_entry__，这个指针指向__func__，也就是该宏所在方法的方法名。然后利用__attribute__(编译器指令，可以在声明时做一些错误检查，或者一些优化)，将其放入指定的section中（关于section的定义会在后续章节中加以说明）,我们可以在loader.h中看到section是这样一个结构体：

struct section { /* for 32-bit architectures */
    char        sectname[16];   /* name of this section */
    char        segname[16];    /* segment this section goes in */
    uint32_t    addr;       /* memory address of this section */
    uint32_t    size;       /* size in bytes of this section */
    uint32_t    offset;     /* file offset of this section */
    uint32_t    align;      /* section alignment (power of 2) */
    uint32_t    reloff;     /* file offset of relocation entries */
    uint32_t    nreloc;     /* number of relocation entries */
    uint32_t    flags;      /* flags (section type and attributes)*/
    uint32_t    reserved1;  /* reserved (for offset or index) */
    uint32_t    reserved2;  /* reserved (for count or sizeof) */
};

关于used的用法我们要到ARM的指令说明中查询

从上面可以看出，used的意思是告诉编译器该静态变量要在该对象文件中被保留（尽管该变量是没有被引用的）。被标注的静态变量将会按照声明的顺序，放到指定的一个section中。使用__attribute__((section("name")))可以指明该section.
那么放到section中的静态变量是怎样被使用的呢？
我们可以看到在load方法中，其调用了CheckOverrides函数，也就是在该类加载到Runtime中的时候就被调用，不论其是否被使用。

Dl_info info;
dladdr((const void *)&CheckOverrides, &info);

const MustOverrideValue mach_header = (MustOverrideValue)info.dli_fbase;
const MustOverrideSection *section = GetSectByNameFromHeader((void *)mach_header, "__DATA", "MustOverride");
if (section == NULL) return;

NSMutableArray *failures = [NSMutableArray array];
for (MustOverrideValue addr = section->offset; addr < section->offset + section->size; addr += sizeof(const char **))
{
    NSString *entry = @(*(const char **)(mach_header + addr));
    NSArray *parts = [[entry substringWithRange:NSMakeRange(2, entry.length - 3)] componentsSeparatedByString:@" "];
    NSString *className = parts[0];
    NSRange categoryRange = [className rangeOfString:@"("];
    if (categoryRange.length)
    {
        className = [className substringToIndex:categoryRange.location];
    }

    BOOL isClassMethod = [entry characterAtIndex:0] == '+';
    Class cls = NSClassFromString(className);
    SEL selector = NSSelectorFromString(parts[1]);

    for (Class subclass in SubclassesOfClass(cls))
    {
        if (!ClassOverridesMethod(isClassMethod ? object_getClass(subclass) : subclass, selector))
        {
            [failures addObject:[NSString stringWithFormat:@"%@ does not implement method %c%@ required by %@",
                                 subclass, isClassMethod ? '+' : '-', parts[1], className]];
        }
    }
}

从中可以看到其从Dl_info中获取了section，
什么是Dl_info，dladdr？我们要从Linux指令集中去查找，

从其中的解释可以看出来，dladdr可以用来确定addr指明的地址是否存在于公用的对象中，这些对象是被调用程序所加载的。如果存在那么dladdr会返回公用对象及重叠addr的表示。该信息被封装到了Dl_info结构体中。取出Dl_info结构体中的dli_fbase,然后调用getsectbynamefromheader_64，就可以获取之前存储数据的section。然后遍历该section以找到所有被标识的方法。接下来利用RunTime找到所有的子类：

  static NSArray *SubclassesOfClass(Class baseClass)
{
    static Class *classes;
    static unsigned int classCount;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
      classes = objc_copyClassList(&classCount); // 获取项目中所有用到的类
    });
    
NSMutableArray *subclasses = [NSMutableArray array];
for (unsigned int i = 0; i < classCount; i++)
{
    Class cls = classes[i];
    Class superclass = cls;
    while (superclass)
    {
        if (superclass == baseClass)
        {
            [subclasses addObject:cls];
            break;
        }
        superclass = class_getSuperclass(superclass);
    }
}
return subclasses;
 }

判断某个类是否覆盖了方法：

  static BOOL ClassOverridesMethod(Class cls, SEL selector)
{
    unsigned int numberOfMethods;
    Method *methods = class_copyMethodList(cls, &numberOfMethods);
    for (unsigned int i = 0; i < numberOfMethods; i++)
    {
        if (method_getName(methods[i]) == selector)
        {
            free(methods);
            return YES;
        }
    }
    free(methods);
    return NO;
}

如果没有覆盖则报异常。
小结：MustOverrid在编译期利用__attribute__((used, section("__DATA, MustOverride" )))来将方法名放到section中，然后在文件加载到runtime的时候找到这个section，进而找到对应地方法，找到所有的子类，利用runtime判断其是否覆盖了父类的方法。

附：

关于load方法的几点说明：
在类或者分类被加载到Runtime的时候，会触发load方法；并且只会在第一次被加载的时候被调用，所以只会调用一次。
load方法的调用顺序：

1. 父类先调用+load方法，然后子类再调用。
2. 分类调用+load方法要晚于原类。

延伸阅读

http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0474e/BABHIIEF.html
http://tech.meituan.com/DiveIntoCategory.html
http://man7.org/linux/man-pages/man3/dladdr.3.html
https://www.bignerdranch.com/blog/inside-the-bracket-part-5-runtime-api/
http://nshipster.com/attribute/