iOS 菜鸟钻研动态特性——动态类型、绑定、加载

作者: Hsusue | 来源:发表于2018-07-28 21:54 被阅读139次

居居镇楼

前言差点在师弟面前装逼翻车

昨天晚上，帅气的师弟突然微信找我。。

WX20180727-170057@2x.png

@property (nonatomic ,strong) NSMutableArray *datas;

- （NSMutableArray *)datas {
    if(!_datas) {
      _datas = [NSMutableArray arrayWithCapacity:0];
    }
    return _datas;
}

- (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
        self.datas = @[@"1",@"2"];
}

然后他在另一个地方删除元素，报错：
[_NSArrayl removeObjectAtIndex:]: unrecognized selecotr sent to instance
他刚学习C语言转iOS开发没多久，对此很迷惑，声明类型不是可变数组吗。
C语言中
int a = 1.5; a会强制转为整型1。
int a = {1,2}; 编译不过。
反正能运行的话a一定是int类型。

还好当时反应过来了，这不就是动态绑定吗。脸是没丢光。
@[@"1", @"2"]这种写法是不可变数组，self.datas自然就变成不可变数组了，而不可变数组没有删除元素这个方法崩溃了。
我就告诉他，iOS有种机制叫动态绑定，很骚。并敲了更骚的代码给他看。编译也能过，只是有警告。运行后str会是一个NSArray实例。

一坨*

最后忽悠他
"你这个暂时知道有这么回事就行了。现在换个方法生成可变数组，解决你的问题。"

回去后偷偷摸摸研究一波。
我印象中运行时str能用NSArray的方法。
结果打的时候提示的全是NSString的方法，调用NSArray的方法编译就不过了。

一？脸？懵？比

这下我懵逼了。还好刚刚没装逼打上这句。不然要像FaFa一样现场翻车了。

改成这样编译就过了，运行也没问题。

image.png

听人说，不要怕写的知识低级，写出来一起分享才能进步得更快。
用自己的话写出来能加深理解和记忆，为了写的知识尽量不出错也更有责任、动力深入学。

印象最深的还是那句“菜鸡口中说出的可能更有共鸣呢”！
就冲这句话，我就要写。

如果有理解错误的地方，欢迎指出来！

iOS动态特性

动态特性分为三种：动态类型id、动态绑定、动态加载。

先来了解isa指针

以向UIView发送resignFirstResponder研究。

记得之前在《Objective-C基础教程》上看到过，没深入了解，然后这么长时间里天真地以为是这样的。

每个Objective-C对象第一个成员变量是isa指针。
分开来更能理解其含义is a，指向对象的父类，说明对象is a 什么类。而类里也有个isa指针，再指向其父类。如此递归直到根类中isa指向nil为止。
第一点是对的。
第二点被平时思维误导了，是错的。

再画个图阐述一下年轻时候错误的想法
跟真正的比起来容易理解太多了，真是幼稚想得太简单了。

错误的印象中的isa

如向UIView的对象发送resignFirstResponder，首先会在UIView的代码空间里找，找不到就根据isa指针去父类UIResponder找到调用。
若调用方法最终找不到，程序崩溃。
根据这个原理，验证了覆写方法后，会调用本类方法而不是父类方法。

但看到真相后哦😯口

image.png

划重点，类里放着-方法，元类里放着+方法！！

还有一张大神图，对着学习效果更好，后面提到的知识会对照着这图。

isa 的正解

之前幼稚理解的那条线只是父子线，isa线指向的是元类。
惯性思维让我们平常新建一个UIView的子类ChildView后，会说ChildView这个view。实际上严谨来说，我们并不能说ChildView is a class of UIView，只能说ChildView is a subclass of UIView对吧。

有些偏门知识但对后面原理很有用
类对象在程序运行时一直存在。
类对象所保存的信息在程序编译时确定，在程序启动时加载到内存中。

最后研究isa这个🐶东西
isa声明
先记住这里 *id是结构体objc_object的指针。在后面动态绑定会用到。

从objc_object可以看出isa 声明是个 Class 。和上面说到的每个对象都有个isa相呼应。
然后Class是结构体objc_class的指针。
于是Command进这个objc_class一览风景。

objc_class
看到里面又有个声明为Class 的 isa成员和 super_class成员。
这不就相当于个二叉树吗。和上面那张图虚线相呼应。

然后这个结构体还有一些其他成员。看看都是些什么妖魔鬼怪。

  // 类名
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 版本号，默认0
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 供运行期使用的一些位标识。
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 该类的实例变量大小 
  // 疑惑alloc 和 init有参照这里吗？
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 成员变量的数组
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 方法列表
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 调用过得方法的缓存
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
  // 协议列表
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;

看到了methodLists和cache就知道那个例子是怎么实现的了。
向UIView的实例发送resignFirstResponder后，首先通过isa指针找到UIView类，由于是-方法，就在该类中cahce中找，再到methodLists找，（然后还会在动态方法找，这里先不用管）。找不到，由于是-方法，就通过super_class指针，往父类找。

总结

其实质上像是二叉树，有两个指针分别指向父类和元类。
调用-方法走红线。调用+方法走蓝线。

调用方法路线

动态类型和动态绑定

简单了解动态类型id，与isa之间的联系

先分析动态类型和静态类型的区别

动态类型id：通用指针类型，弱类型，编译时不进行类型检查。

静态类型，像上面，NSString *str在编译时会进行类型检查。
这就为Xcode自动联想提供了条件。
还能提前避免调用不存在的方法（NSString里没有count方法），防止运行时找不到方法崩溃。

再来分析id基本原理

前面看到过

struct objc_object {
  Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAITABILITY;
};

typedef struct objc_object *id;

id 就是个通用对象指针类型，能指向任何object对象。

还是用引发这次血案的例子来展开吧。
在师弟面前装的b

  NSString *str = @[@"1", @"2"]; // 编译仅警告
  NSLog(@"%d",[str isKindOfClass:[NSArray class]]);//输出为1
  [str count];// 编译报错

改成这样就能编译过了,但str并不是一个好的命名。

  id str = @[@"1", @"2"];
  [str count];

id编译时不进行检查，所以以上情形就解释通了。

通常id类型和-isMemberOfClass:或者-isKindOfClass:配套使用,就能达到编译时找不到方法报错和自动联想。当然还有(respondsToSelector:
conformsToProtocol:）。

id的常用套路

那向id发送消息和isa是怎么关联起来的呢。
id是结构体objc_object的指针，而objc_object的成员有isa。向id发送消息，会根据-还是+方法沿着isa指针跟踪到类空间中找对应的方法。所以isa为动态类型id进行动态绑定提供了可能。

动态绑定与动态类型的关联。

基于动态类型id，在某个实例对象被确定后，其类型便被确定了。该对象对应的属性和响应的消息也被完全确定，这就是动态绑定。

我的理解就是id赋值后，类型其实已经确定下来了。其isa指向的空间里存放着属性和方法列表，于是能访问的也确定下来了。

以上只是介绍了id类型和isa之间的联系，以及动态绑定的基本含义。
但认真想想这些场景完全可以用静态类型顶替。
那动态特性有什么特殊的用途或者优点呢？

动态绑定的使用——动态加载

分为三种应用场景：添加方法、交换方法、添加属性。
觉得交换方法最有用

动态加载的好处

个人理解
感觉就像是在做懒加载一样，归根到底就是内存和硬盘读取的问题。

我们把App装进手机后，代码、图片、设置什么的会放到硬盘中。
当然以上提到的isa中存放的方法列表、属性列表、缓存列表也放在硬盘中。

程序运行时，系统会从硬盘中把该类的代码空间内容复制到内存中，以加快读取速度。
而如果有些方法或者属性不一定调用，这时候就可以用到懒加载原理，省下这些代码从硬盘中转移到内存的时间。既加快速度，又省内存。要用的时候再从去实现。

因为对计算机原理不怎么感冒，也就理解成这样。

动态加载的三种应用场景代码在这

本文按照实现流程->原理->优点来进行剖析。

添加方法

背景：动态添加方法处理 调用一个未实现的对象或类方法 和去除报错。

先认识两个方法，是NSObject中声明的方法。
当调用类中没有实现的对象方法时，会把调用的方法名字作为参数跑进这。因为要在.m文件中实现以下方法，故动态添加方法只针对自己写的类或分类有用。

// 判断对象方法有没有实现
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
// 判断类方法有没有实现
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel

实现流程

#import "Cat.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Cat
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == NSSelectorFromString(@"showMOE")) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)showMOE, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
void showMOE(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"动态添加了一个卖萌的方法");
}
@end

在VC中调用会警告，因为.h文件中未声明这方法。

但还是打印出来了

注意：该方法不是对象方法，是C函数！

void showMOE(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"动态添加了一个卖萌的方法");
}

总结流程
首先，在VC中cat实例调用了showMOE的方法，因为cat.m中未实现该对象方法，所以跳进了+ (BOOL)resolveInstanceMethod:。在该方法中我们加入了针对方法名为showMOE的处理方法，让程序不会崩溃。

原理
先说这个C函数中的两个参数。

  id self:自身类
  SEL _cmd：方法名称

再说添加方法这个函数，其声明在rumtime.h中。

class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                const char * _Nullable types) 

Class _Nullable cls:给哪个类添加方法
SEL _Nonnull name:添加方法的方法名
IMP _Nonnull imp:添加方法的函数实现（函数地址）
const char * _Nullable types:函数的类型，(返回值+参数类型) v:void @:对象->self :表示SEL->_cmd

再一边对着例子来谈这四个参数。
class_addMethod(self, sel, (IMP)showMOE, "v@:");
1.给自身类添加方法。
2.VC中调用了showMOE，方法名就是sel(showMOE)。
3.(IMP)showMOE，IMP强制转换成函数地址。
4.函数的类型void showMOE(id self, SEL _cmd)，对应上面的转换规则 -> v@:。

最后要补充的原理知识。

//Method方法结构体
typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL method_name ;    //方法名,也就是selector.
    char *method_types ;    //方法的参数类型.
    IMP method_imp ;    //函数指针,指向方法具体实现的指针..也即是selector的address.
} ;

// SEL 和 IMP 配对是在运行时决定的.并且是一对一的.也就是通过selector去查询IMP,找到执行方法的地址,才能确定具体执行的代码.
// 消息选标SEL:selector / 实现地址IMP:address 在方法链表(字典)中是以key / value 形式存在的

第四个参数的规则
返回值+参数类型
转化规则官方文档
最后来说说优点

添加方法的优点

交换方法

应用场景：当第三方框架或者系统原生方法功能不能满足我们的时候，我们可以在保持系统原有方法功能的基础上，添加额外的功能。

实现流程
以修改imageNamed:方法，有图片输出“加载成功”，无图片输出“加载失败” 为例。

新建UIImage的分类UIImage+LoadSuccess，并实现交换代码

#import "UIImage+LoadSuccess.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation UIImage (LoadSuccess)
+ (void)load {
    Method imageNamedMethod = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
    Method ln_imageNamedMethod = class_getClassMethod(self, @selector(ln_imageNamed:));
    method_exchangeImplementations(imageNamedMethod, ln_imageNamedMethod);
}
+ (UIImage *)ln_imageNamed:(NSString *)name {
    UIImage *image = [UIImage ln_imageNamed:name];
    if (image) {
        NSLog(@"加载成功");
    } else {
        NSLog(@"加载失败");
    }
    return image;
}
@end

然后直接在其他地方调用imageNamed就会发现被替换了。

*原理

// 获取方法的函数
// cls ： 从哪个类获取
// name: 函数名
class_getClassMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
// 交换方法的函数
method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2)

一看这些函数就知道怎么用了。
为什么要写在load里呢？
因为类被加载运行的时候就会调用load。
而类对象所保存的信息在程序编译时确定，在程序启动时加载到内存中。
所以程序启动就会调用load。

然后还有个奇怪的地方，在替换的方法里。

+ (UIImage *)ln_imageNamed:(NSString *)name {
    UIImage *image = [UIImage ln_imageNamed:name];
}

这跟继承类后用super 调用方法不一样，仔细品尝才能懂。
在交换代码后

+ (UIImage *)ln_imageNamed:(NSString *)name {
    原生iOS imageNamed代码
}

+ (UIImage *)imageNamed:(NSString *)name {
    UIImage *image = [UIImage ln_imageNamed:name];
    if (image) {
        NSLog(@"加载成功");
    } else {
        NSLog(@"加载失败");
    }
    return image;
}

现在调用imageNamed，会先跑进ln_imageNamed。而ln_imageNamed里存放着原生代码。

优点
虽然能够用继承系统的类，然后重写方法达到相同的效果。但是每次都要导入。

添加属性

实现流程
以给猫加个名字为例吧

新建Cat的分类Cat+name,以增加属性

#import "Cat+name.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Cat (name)
//定义常量 必须是C语言字符串
static char *PersonNameKey = "PersonNameKey";
-(void)setName:(NSString *)name{
    objc_setAssociatedObject(self, PersonNameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}
-(NSString *)name{
    return objc_getAssociatedObject(self, PersonNameKey);
}
@end

然后不用导入，直接调用存取方法。

    [juju performSelector:@selector(setName:) withObject:@"juju"];
    NSLog(@"%@",[juju performSelector:@selector(name)]);

原理

// 需要加属性的对象
// 设置一个静态常量，也就是Key 值，通过这个我们可以找到我们关联对象的那个数据值
// id value 这个是我们打点调用属性的时候会自动调用set方法进行传值
// objc_AssociationPolicy policy ： 关联策略
objc_setAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key,
                         id _Nullable value, objc_AssociationPolicy policy)

// get很好理解
objc_getAssociatedObject(id _Nonnull object, const void * _Nonnull key)

给一个类声明属性，其实本质就是给这个类添加关联，并不是直接把这个值的内存空间添加到类存空间。
就是写了set和get方法。

iOS 菜鸟钻研动态特性——动态类型、绑定、加载

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先来了解isa指针

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动态类型和动态绑定

先分析动态类型和静态类型的区别

再来分析id基本原理

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