Runtime 运行时之二：成员变量和属性

上一篇文章我们介绍了Runtime中类和对象的相关内容。从这张开始，我们将讨论类实现细节相关的内容。主要包括成员变量，属性，方法，协议与分类的实现。

本章的主要内容将聚集在Runtime成员变量与属性的处理。在讨论之前，先介绍一个重要的概念：类型编码。

类型编码(Type Encoding)

作为对Runtime的补充，编译器将每个方法的返回值和参数类型编码为一个字符串，并将其与方法的selector关联在一起。这种编码方案在其他情况下也是非常有用的，因此我们可以使用@encode编译器来获取它。当给定一个类型是，@encode(type-name)返回这个类型的字符串编码。这些类型可以是像int、指针这样的变量，也可以是结构体、类等。事实上，任何可以作为sizeof()操作参数的类型都可以用于@encode。

在Objective-C Runtime Programming Guide中的Type Encoding一节中，列出了Objective-C中所有类型的编码。需要注意的是这些很多是与我们用于存档和分发的编码类型是相同的，但有一些不能用于存档时使用。

注：Objective-C不支持long double类型。@encode(long double)返回d，和double一样。

一个数组的类型编码位于方括号内：其中包含数组元素的个数和元素类型。如下：

float a[] = {1.0, 2.0, 3.0};
NSLog(@"array encoding type: %s", @encode(typeof(a)));

输出是：

2014-10-28 11:44:54.731 RuntimeTest[942:50791] array encoding type: [3f]

其他类型可以参考Type Encoding。

另外，还有一些编码类型， @encode虽然不会直接返回它们，但它们作为协议中声明方法的类型限定符。也可以参考Type Encoding。

对于属性而言，还会有一些特殊的类型编码，以表明属性是只读、拷贝、retain等等，详情可以参考Property Type String。

成员变量、属性

Runtime中关于成员变量和属性的相关数据结构并不多，只有三个，并且都很简单。不过还有个非常实用但可能经常被忽视的特性，即关联对象，我们将在这小节中详细讨论。

基础数据类型

Ivar
Ivar是表示实例变量的类型，其实际是一个指向objc_ivar结构体的指针，其定义如下：

typedef struct objc_ivar *Ivar;
struct objc_ivar {
    char *ivar_name                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 变量名
    char *ivar_type                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 变量类型
    int ivar_offset                 OBJC2_UNAVAILABLE;  // 基地址偏移字节
#ifdef __LP64__
    int space                       OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

objc_property_t
objc_property_t是表示Objective-C声明属性的类型，其实际是指向objc_property结构体的指针，其定义如下：

typedef struct objc_property *objc_property_t;

objc_property_attribute_t
objc_property_attribute_t定义了属性的特性(attribute)，它是一个结构体，定义如下:

typedef struct {
    const char *name;           // 特性名
    const char *value;          // 特性值
} objc_property_attribute_t;

关联对象(Associated Object)

关联对象是Runtime一个非常实用的特性，不过很容易被忽视。

关联对象类似于成员变量，不过是在运行时添加的。我们通常会把成员变量Ivar放在类声明的头文件中，或者放在类实现的```@implementation``后面。但是这有一个缺点，我们不能在分类中添加成员变量。

Objective-C针对这一问题，提供了一个解决方案：即关联对象(Associated Object)。

我们可以吧关联对象想象成一个OC对象（如字典），这个对象通过给定的key连接到一个类的实例上。不过由于使用的是C接口，所以key是一个void指针(const void *)。我们还需要指定一个内存管理策略，来告诉Runtime怎么如何管理这个对象的内存。这个内存管理的策略可以由以下值指定：

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN
OBJC_ASSOCIATION_COPY

注：retain等同于@property的strong属性

当宿主对象被释放时，会根据指定的内存管理策略来处理关联对象。如果指定的策略是assign，则宿主释放时，关联对象不会被释放；而如果指定的是retain或者是copy，则宿主释放时，关联对象会被释放。我们甚至可以选择是否是自动retain/copy。当我们需要在多个线程中处理访问关联对象的多线程代码时，这就非常有用了。

我们将一个对象连接到其它对象所需要做的就是下面两行代码:

static char myKey;
objc_setAssociatedObject(self, &myKey, anObject, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);

在这种情况下，self对象会添加一个新的关联对象anObject，并且内存管理策略是retain关联对象，当self对象释放时，会自动释放关联对象。另外，使用同一个key来关联对象时，也会自动释放之前的关联对象，新的对象回使用先前的关联对象的内存。

得到关联对象的方法：

id anObject = objc_getAssociatedObject(self, &myKey);

我们可以使用objc_removeAssociatedObjects函数来移除一个关联对象，或者使用objc_setAssociatedObject函数将key指定的关联对象设置为nil。

下面我们用实例来演示一下关联对象的使用方法：

假定我们想要动态的将一个Tap手势添加到所有的UIView上，并且需要指定点击后的实际操作。这时候我们就可以将一个手势对象和操作的Block对象关联到UIView中。代码如下：

- (void)setTapActionWithBlock:(void (^)(void))block
{
    UITapGestureRecognizer *gesture = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey);
 
    if (!gesture)
    {
        gesture = [[UITapGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(__handleActionForTapGesture:)];
        [self addGestureRecognizer:gesture];
        objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapGestureKey, gesture, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    }
    objc_setAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey, block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}

这段代码检测了手势识别的关联对象。如果没有，则创建并建立关联关系。同时，将传入的块对象连接到指定的key上。注意block对象的关联内存管理策略。
手势识别对象需要一个target和action，所以接下来我们定义处理方法：

- (void)__handleActionForTapGesture:(UITapGestureRecognizer *)gesture
{
    if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateRecognized)
    {
        void(^action)(void) = objc_getAssociatedObject(self, &kDTActionHandlerTapBlockKey);
        if (action)
        {
            action();
        }
    }
}

我们需要检测手势识别对象的状态，因为我们只需要在点击手势被识别出来时才执行操作。

从上面的例子中我们可以看到，关联对象可以动态增强类现有的功能。我们可以在编程中灵活的运用这一特性。

成员变量、属性的操作方法

成员变量

// 获取成员变量名
const char * ivar_getName ( Ivar v );
// 获取成员变量类型编码
const char * ivar_getTypeEncoding ( Ivar v );
// 获取成员变量的偏移量
ptrdiff_t ivar_getOffset ( Ivar v );

• ivar_getOffset函数，对于类型id或其它对象类型的实例变量，可以调用object_getIvar和object_setIvar来直接访问成员变量，而不能使用偏移量。

关联对象

// 设置关联对象
void objc_setAssociatedObject ( id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy );
// 获取关联对象
id objc_getAssociatedObject ( id object, const void *key );
// 移除关联对象
void objc_removeAssociatedObjects ( id object );

属性

/ 获取属性名
const char * property_getName ( objc_property_t property );
// 获取属性特性描述字符串
const char * property_getAttributes ( objc_property_t property );
// 获取属性中指定的特性
char * property_copyAttributeValue ( objc_property_t property, const char *attributeName );
// 获取属性的特性列表
objc_property_attribute_t * property_copyAttributeList ( objc_property_t property, unsigned int *outCount );

*property_copyAttributeValue和property_copyAttributeList函数，返回值在使用完后需要调用free()释放。