Object From runtime

作者: TianBai | 来源:发表于2016-08-07 21:33 被阅读744次

七夕快到了

七夕

Objective-C 对象

每个Objective-C对象都是一个C语言的结构体

在runtime源码中的runtime.h文件的55行处,有这样一个声明:

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;

名词	说明
isa	isa指针
super_class	父类
objc_ivar_list	实例变量列表
objc_method_list	方法列表
objc_cache	缓存
objc_protocol_list	协议列表

注意:方法.属性.协议,这些信息都可以在运行时候被改变,这也是 Category的实现远离,ivar是实例变量,所以不能被改变,因为如果改变的话会影响到已有的类

笔者以前不了解 ,category开发是什么意思,现在看来可能是不影响原来的类结构的情况下进行编程吧!

说到这里 , 可能就要说一下类的实例成员和属性了

变量和属性(property)

@interface MyViewController :UIViewController
{
    //实例变量
    UIButton *Button;
}
// 属性 (而且默认还会生成 `_myButton` 实例变量)
@property (nonatomic, retain) UIButton *myButton;
@end

实例变量 self->Button _myButton

属性 myButton

调用属性变量的setter getter 方法: self.myButton

注:oc语法关于点表达式的说明："点表达式(.),如果点表达式出现在等号＝左边，该属性名称的setter方法将被调用。如果点表达式出现在右边，该属性名称的getter方法将被调用。"

变量

在runtime源码中的runtime.h文件的1646行处,有这样一个声明:

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *ivar_type                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

名词	说明
objc_ivar_list	成员变量列表
objc_ivar	单个成员变量结构体
ivar_offset	基地址偏移字节

属性

在runtime源码中的 objc-runtime-new.h 文件的244行处,有这样一个声明:

struct property_t {
    const char *name;
    const char *attributes;
};

名词	说明
name	属性名称
attributes	属性特质

如果使用了属性,编译器会在编译期自动合成访问这些属性的方法,也就是autosynthesis .同时编译器还会生成属性前面加(_)下划线的实例变量名

方法	说明	eg.
@synthesize	指定实例变量,并且合成setter,getter方法	@synthesize myButton;
@dynamic	不指定实例变量,不合成setter,getter方法	@dynamic myButton;

属性特质(attribute)

属性的特质可以分为4类

原子性	内存管理	读/写权限	方法名
atomic	assign	readwriter	getter=< name >
nonatomic	strong	readonly	setter=< name >
	weak
	unsafe_unretained
	copy

每种特质说明:

特质	说明
atomic	如果有多个线程同时调用setter的话，不会出现某一个线程执行完setter全部语句之前，另一个线程开始执行setter情况，相当于函数头尾加了锁一样，可以保证数据的完整性,具备atomic特质的获取方法会通过锁定机制来确保其操作的原子性.
nonatmic	禁止多线程，变量保护，提高性能
readwrite	拥有setter 和 getter 方法
readonly	属性仅具有getter方法,只有当该属性有@synthesize实现时,编译器才会为其合成获取方法.
assign	基本变量,纯量类型的简单赋值
strong	赋新值时,方法会保留新值,释放旧值,再将新值赋值.
weak	赋新值时,不保留新值,不释放旧值,当其所指对象销毁时,属性也会被清空(nil)
unsafe_unretained	当所指对象销毁,属性值不会自动清空
copy	赋值时,设置方法不保留新值,而是拷贝内容.
getter=< name >	指定getter的方法名
setter=< name >	指定setter的方法名(若属性特征为copy,则在setter方法中也应拷贝对象)

利用runtime 扫描属性

在runtime源码中的 objc-runtime-new.h 文件的4098行处,有这样一个声明:

objc_property_t *
class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
{
    if (!cls) {
        if (outCount) *outCount = 0;
        return nil;
    }

    rwlock_reader_t lock(runtimeLock);

    assert(cls->isRealized());
    auto rw = cls->data();

    property_t **result = nil;
    unsigned int count = rw->properties.count();
    if (count > 0) {
        result = (property_t **)malloc((count + 1) * sizeof(property_t *));

        count = 0;
        for (auto& prop : rw->properties) {
            result[count++] = ∝
        }
        result[count] = nil;
    }

    if (outCount) *outCount = count;
    return (objc_property_t *)result;
}

在runtime源码中的 objc-runtime-new.h 文件的3061行处,有这样一个声明:

const char *property_getName(objc_property_t prop)
{
    return prop->name;
}

const char *property_getAttributes(objc_property_t prop)
{
    return prop->attributes;
}

可以用这些方法获得属性列表,和属性特征

Student.h

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <UIKit/UIKit.h>
@interface Student : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *Id;
@property (nonatomic, strong) UILabel *lab;
@end

导入 <objc/runtime.h> Student.h

unsigned int outCount = 0;
objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([Student class],&outCount);
for (NSInteger i = 0; i < outCount; i++) {
    NSString *name = @(property_getName(properties[i]));
    NSString *attributes = @(property_getAttributes(properties[i]));
    NSLog(@"(%@)%@",attributes,name);
}
free(properties);

控制台输出:

2016-08-06 21:32:33.099 Runtime[3011:300142] (T@"NSString",C,N,V_Id)Id
2016-08-06 21:32:33.099 Runtime[3011:300142] (T@"UILabel",&,N,V_lab)lab

利用runtime动态添加属性

在runtime源码中的 objc-runtime.mm 文件的641行处,有这样一个声明:

id 
objc_getAssociatedObject(id object, const void *key) 
{
    return objc_getAssociatedObject_non_gc(object, key);
}

void 
objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, 
                         objc_AssociationPolicy policy) 
{
    objc_setAssociatedObject_non_gc(object, key, value, policy);
}

Student.m

// 定义关联的key
static const char *key = "name";

@implementation Student

- (NSString *)name
{
    // 根据关联的key，获取关联的值。
    return objc_getAssociatedObject(self, key);
}

- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 添加关联对象  关联的key  关联的value  关联属性特征值
    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

@end

Student.h

@interface Student : NSObject
- (NSString *)name;
- (void)setName:(NSString *)name;

调用

Student *stu = [[Student alloc] init];
stu.name = @"学生";
NSLog(@"%@",stu.name);

输出台输出:

2016-08-06 23:15:06.491 Runtime[3256:320704] 学生

方法

在runtime源码中的runtime.h文件的1665行处,有这样一个声明:

struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        OBJC2_UNAVAILABLE;

    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}

方法	说明
method_name	方法(选择器)的名字
method_types	存储方法的参数类型和返回值类型
method_imp	一个指向某个函数的指针

利用runtime动态扫描方法

unsigned int outCount = 0;
Method *method = class_copyMethodList([Student class], &outCount);
for (NSInteger i = 0; i < outCount; i++) {
    SEL sel = method_getName(method[i]);
    NSString *name = @(sel_getName(sel));
    NSLog(@"%@",name);
        
}
free(method);

输出台输出:

2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] Id
2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] setId:
2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] lab
2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] setLab:
2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] .cxx_destruct
2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] name
2016-08-07 07:04:36.662 Runtime[4058:381012] setName:

.cxx_destruct方法原本是为了C++对象析构的，ARC借用了这个方法插入代码实现了自动内存释放的工作

消息机制

objc_msgSend 消息发送的步骤:

检查当前类缓存中是否有方法实现,有则直接调用 return 结束步骤
比较当前类定义中选择器和请求的的选择器,有则直接调用 return 结束步骤
查找父类定义的方法,找到调用方法实现,如果未找到,并依次查找父类的父类, 有则直接调用 return 结束步骤
未找到的类方法调用 +(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel 未找到的实例方法调用 +(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel 可以在这里添加方法(class_addMethod()) 并且返回YES 重新响应方法 (没有的话,返回NO 继续步骤5)
如果未找得到方法则会调用 -(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector (没有的话,返回nil 继续步骤6)
如果未找得到方法则会调用 -(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector 返回一个NSMethodSignature 对象,传递给 -(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation (没有的话,返回nil 继续步骤7)
调用 -(void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector 抛出异常

注: 返回方法不要带有self ,会陷入死循环
注: 类缓存方法说明详见查看

动态消息

说到消息,就不得不说一个方法

class_addMethod(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#SEL name#>, <#IMP imp#>, <#const char *types#>)

这是利用runtime给一个类添加新方法,需要填写的4个参数是:

类
方法名
指向方法函数的指针
变量类型

动态添加方法

Student.m

// 设置方法名
static SEL selName(NSString* selname){
    NSString *name = [selname copy];
    return NSSelectorFromString(name);
}
// 设置方法
static id selIMP(id self , SEL _cmd){
    NSString *name = NSStringFromSelector(_cmd);
    NSLog(@"%@",name);
    return name;
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    
    if (sel == @selector(addmethod:)) {
        class_addMethod(self, selName(@"addmethod:"), (IMP)selIMP, "@@:");
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

注: class_addMethod 第四个参数的声明 "返回值类型+参数类型"
上面方法中: static id selIMP(id self , SEL _cmd)

对照下面

Objective-C类型编码

编码	含义
c	char
i	int
s	short
l	long 在64位程序中，l为32位
q	long long
C	unsigned char
I	unsigned int
S	unsigned short
L	unsigned long
Q	unsigned long long
f	float
d	double
B	C++标准的bool或者C99标准的_Bool
v	void
*	字符串（char *）
@	对象（无论是静态指定的还是通过id引用的）
#	类（Class）
:	方法选标（SEL）
[array type]	数组
{name=type...}	结构体
(name=type...)	联合体
bnum	num个bit的位域
^type	type类型的指针
?	未知类型（其它时候，一般用来指函数指针）

对应:@(返回值)+@(id self)+ : ( SEL _cmd)

动态调用方法

方法已经在检测不到的情况下会自动添加了,那么如何调用呢?

Student*st = [[Student alloc]init];
[st performSelector:@selector(addmethod:) withObject:@"addmethod"];

输出台输出:

2016-08-07 12:07:29.940 Runtime[4731:521045] addmethod:

将消息转出某对象

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    NSLog(@"_cmd: %@", NSStringFromSelector(_cmd));

    Student *st = [[Student alloc] init];
    if ([st respondsToSelector: aSelector]) {
        return st;
    }
    
    return [super forwardingTargetForSelector: aSelector];
}

方法签名和调用

NSInvocation 里面有目标,选择器,还有方法签名

receiver 目标是接收消息的对象

selector 选择器是一个选择器或者选择器的名字

例如刚才的 @selector(addmethod:)

NSMethodSignature 签名

例如:这是 Student*st = [[Student alloc]init]; 的签名,返回类型与上文中Objective-C类型编码相同

NSMethodSignature *sig = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"@@:"];

注:@selector(init) 一个返回对象+传入对象self+SEL = @@:

定义一个方法

-(int)a:(int)a andb:(int)b{
    return a+b;
}

NSInvocation 用指定对象调用方法

SEL myMethod = @selector(a:andb:);
//从类中请求实例方法签名
NSMethodSignature * sig  = [[self class] instanceMethodSignatureForSelector:myMethod];
//从类中请求类方法签名
//NSMethodSignature * sig  = [[self class] methodSignatureForSelector:myMethod];
NSInvocation * invocatin = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:sig];
int a=11;
int b=22;
int c=00;
ViewController *selff = self;
[invocatin setArgument:&selff atIndex:0];
[invocatin setArgument:&myMethod atIndex:1];
[invocatin setArgument:&a atIndex:2];
[invocatin setArgument:&b atIndex:3];
[invocatin retainArguments];
[invocatin invoke];
//取这个返回值
[invocatin getReturnValue:&c];
NSLog(@"%d",c);

控制台输出:

2016-08-07 20:22:40.490 Runtime[6015:691660] 33

注 :如果还记的上文的自定义的SEl static id selIMP(id self , SEL _cmd) 当时说第一个参数是id 第二个参数是方法,也就是IMP的指针原型是:

id (*IMP)(id,SEL,...)

IMP 是一个函数指针，这个被指向的函数包含一个接收消息的对象id(self 指针), 调用方法的选标 SEL (方法名)，以及不定个数的方法参数，并返回一个id

所以一般的NSInvocation的实例设置 receiver 和SEL的方式就是:

[invocatin setArgument:&selff atIndex:0];
[invocatin setArgument:&myMethod atIndex:1];

当签名函数参数数量大于被调函数时，也是没有问题.

其实 NSInvocation 和上文中的动态方法调用 [st performSelector:@selector(addmethod:) withObject:@"addmethod"]; 很像,但是perform相关的这些函数，有一个局限性，其参数数量不能超过2个,NSInvocation 可以任意数量

black magic

还记得这个吗?

class_addMethod(<#__unsafe_unretained Class cls#>, <#SEL name#>, <#IMP imp#>, <#const char *types#>)

第二个参数和第三个参数分别是方法名,和指向方法函数的指针

在runtime源码中的 objc-runtime-new.mm 文件的2992行处,有这样一个声明:

void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2)
{
    if (!m1  ||  !m2) return;

    rwlock_writer_t lock(runtimeLock);

    if (ignoreSelector(m1->name)  ||  ignoreSelector(m2->name)) {
        // Ignored methods stay ignored. Now they're both ignored.
        m1->imp = (IMP)&_objc_ignored_method;
        m2->imp = (IMP)&_objc_ignored_method;
        return;
    }

    IMP m1_imp = m1->imp;
    m1->imp = m2->imp;
    m2->imp = m1_imp;


    // RR/AWZ updates are slow because class is unknown
    // Cache updates are slow because class is unknown
    // fixme build list of classes whose Methods are known externally?

    flushCaches(nil);

    updateCustomRR_AWZ(nil, m1);
    updateCustomRR_AWZ(nil, m2);
}

那么就很好理解了,他是把方法的IMP交换了

声明两个方法

-(int)a:(int)a andb:(int)b{
    return a+b;
}
-(int)b:(int)b anda:(int)a{
    return b-a;
}

然后进行交换

Method Getter1 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(a:andb:));
Method Getter2 = class_getInstanceMethod([self class], @selector(b:anda:));
method_exchangeImplementations(Getter1, Getter2); 
NSLog(@"%d", [self a:10 andb:20]);

控制台输出:

2016-08-07 21:05:33.675 Runtime[6202:709996] -10

runtime是OC最重要的也是最核心的语法,Objective-C runtime可以有效的帮助我们为程序增加很多动态的行为,这也是OC被称为动态语言的原因!!

Object From runtime

Objective-C 对象

变量和属性(property)

变量

属性

属性特质(attribute)

利用runtime 扫描属性

利用runtime动态添加属性

方法

利用runtime动态扫描方法

消息机制

动态消息

动态添加方法

动态调用方法

将消息转出某对象

方法签名和调用

black magic

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