关于runtime的介绍及使用

作者: 树根曰 | 来源:发表于2016-12-21 20:56 被阅读0次

一、runtime 是什么?

runtime 是 OC底层的一套C语言的API（引入 <objc/runtime.h> 或<objc/message.h>），
编译器最终都会将OC代码转化为运行时代码，
通过终端命令编译.m 文件：clang -rewrite-objc xxx.m可以看到编译后的xxx.cpp（C++文件）。
Runtime基本是用C和汇编写的，可见苹果为了动态系统的高效而作出的努力。你可以在这里下到苹果维护的开源代码。苹果和GNU各自维护一个开源的runtime版本，这两个版本之间都在努力的保持一致。
Objective-C 从三种不同的层级上与 Runtime 系统进行交互，分别是通过 Objective-C 源代码，通过 Foundation 框架的NSObject类定义的方法，通过对 runtime 函数的直接调用。大部分情况下你就只管写你的Objc代码就行，runtime 系统自动在幕后辛勤劳作着。
RunTime简称运行时,就是系统在运行的时候的一些机制，其中最主要的是消息机制。
对于C语言，函数的调用在**编译的时候会决定调用哪个函数，编译完成之后直接顺序执行，无任何二义性。
OC的函数调用成为消息发送。属于动态调用过程。在编译的时候并不能决定真正调用哪个函数（事实证明，在编译阶段，OC可以调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要申明过就不会报错。而C语言在编译阶段就会报错）。
只有在真正运行的时候才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。

二、runtime作用
1.发送消息

    方法调用的本质，就是让对象发送消息。
    objc_msgSend,只有对象才能发送消息，因此以objc开头.
    使用消息机制前提，必须导入#import <objc/message.h>

消息机制简单使用, 如,方法调用底层实现:

/**
     方法的底层实现:
     1.只要使用到 runtime 就需要导入 #import <objc/message.h> ;  里面包含了 #import <objc/runtime.h>
     2.在 build Setting -> 搜索 msg -> 设置为 NO
     */
    NSObject *obj = objc_msgSend([NSObject class], @selector(alloc));
    obj = objc_msgSend(obj, @selector(init));
    
    //上面代码就是下面代码的底层实现
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];

消息机制原理：
对象根据方法编号SEL去映射表查找对应的方法实现![]Objective-C是动态语言，每个方法在运行时会被动态转为消息发送，即：objc_msgSend(receiver, selector)，整个过程介绍如下：

objc在向一个对象发送消息时，runtime库会根据对象的isa指针找到该对象实际所属的类
然后在该类中的方法列表以及其父类方法列表中寻找方法运行
如果，在最顶层的父类（一般也就NSObject）中依然找不到相应的方法时，程序在运行时会挂掉并抛出异常unrecognized selector sent to XXX
但是在这之前，objc的运行时会给出三次拯救程序崩溃的机会，这三次拯救程序奔溃的说明见问题《什么时候会报unrecognized selector的异常》中的说明
补充说明：Runtime 铸就了Objective-C 是动态语言的特性，使得C语言具备了面向对象的特性，在程序运行期创建，检查，修改类、对象及其对应的方法，这些操作都可以使用runtime中的对应方法实现。

2.交换方法

开发使用场景:系统自带的方法功能不够，给系统自带的方法扩展一些功能，并且保持原有的功能。
方式一:继承系统的类，重写方法.
方式二:使用runtime,交换方法.

例如:
需求：给imageNamed方法提供功能，每次加载图片就判断下图片是否加载成功。
步骤一：先搞个分类，定义一个能加载图片并且能打印的方法+ (instancetype)imageWithName:(NSString *)name;
步骤二：交换imageNamed和gb_imageNameMethod的实现，就能调用gb_imageNameMethod，间接调用gb_imageNameMethod的实现。

#import "UIImage+ChangeMethod.h"
#import <objc/message.h>
@implementation UIImage (ChangeMethod)

// 加载类的时候调用,只会调用一次
+ (void)load {
    Method imageNameMethod = class_getClassMethod(self, @selector(imageNamed:));
    Method gb_imageNameMethod = class_getClassMethod(self, @selector(gb_imageNamed:));
    
    //用 runtime 对 imageNameMethod 和 gb_imageNameMethod 方法进行交换
    method_exchangeImplementations(imageNameMethod, gb_imageNameMethod);
}
+ (UIImage *)gb_imageNamed:(NSString *)imgName {
    //已经把 gb_iamgeNameMethod 换成 imageNameMethod, 所以下面其实是调用的 imageNamed:
    
    UIImage *image = [UIImage gb_imageNamed:imgName];
    
    if (image == nil) {
        NSLog(@"加载失败");
    }
    return image;
}

3、动态添加方法

开发使用场景：如果一个类方法非常多，加载类到内存的时候也比较耗费资源，需要给每个方法生成映射表，可以使用动态给某个类，添加方法解决。
经典面试题：有没有使用performSelector，其实主要想问你有没有动态添加过方法。

简单使用, 例如:

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    Person *p = [[Person alloc] init];
    
    // 默认person，没有实现eat方法，可以通过performSelector调用，但是会报错。
    // 动态添加方法就不会报错
    [p performSelector:@selector(eat)];
    
}


@end


@implementation Person
// void(*)()
// 默认方法都有两个隐式参数，
void eat(id self,SEL sel)
{
    NSLog(@"%@ %@",self,NSStringFromSelector(sel));
}

// 当一个对象调用未实现的方法，会调用这个方法处理,并且会把对应的方法列表传过来.
// 刚好可以用来判断，未实现的方法是不是我们想要动态添加的方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    
    if (sel == @selector(eat)) {
        // 动态添加eat方法
        
        // 第一个参数：给哪个类添加方法
        // 第二个参数：添加方法的方法编号
        // 第三个参数：添加方法的函数实现（函数地址）
        // 第四个参数：函数的类型，(返回值+参数类型) v:void @:对象->self :表示SEL->_cmd
        class_addMethod(self, @selector(eat), eat, "v@:");
        
    }
    
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
@end

4.给分类添加属性

原理：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。

思考：
①给NSObject添加分类，在分类中添加属性。问题：@property在分类中作用:仅仅是生成get,set方法声明，不会生成get,set方法实现和下划线成员属性，所以要在.m文件实现setter/getter方法，用static保存下滑线属性，这样一来，当对象销毁时，属性无法销毁
②用runtime动态添加属性：本质是让属性与某个对象产生一段关联
使用场景:给系统的类添加属性时

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    // 给系统NSObject类动态添加属性name
    
    NSObject *objc = [[NSObject alloc] init];
    objc.name = @"乔布斯";
    NSLog(@"%@",objc.name);
    
}


@end


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

@implementation NSObject (Property)

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

- (void)setName:(NSString *)name
{
    // 第一个参数：给哪个对象添加关联
    // 第二个参数：关联的key，通过这个key获取
    // 第三个参数：关联的value
    // 第四个参数:关联的策略
    objc_setAssociatedObject(self, key, name, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

@end

5.字典转模型

开发中，从网络数据中解析出字典数组，将数组转为模型时，如果有几百个key需要用，要写很多@property成员属性，下面提供一个万能的方法，可直接将字典数组转为全部@property成员属性，打印出来，这样直接复制在模型中就好了

// 自动打印属性字符串
+ (void)resolveDict:(NSDictionary *)dict{
    
    // 拼接属性字符串代码
    NSMutableString *strM = [NSMutableString string];
    
    // 1.遍历字典，把字典中的所有key取出来，生成对应的属性代码
    [dict enumerateKeysAndObjectsUsingBlock:^(id  _Nonnull key, id  _Nonnull obj, BOOL * _Nonnull stop) {
        
        // 类型经常变，抽出来
        NSString *type;
        
        if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFString")]) {
            type = @"NSString";
        }else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFArray")]){
            type = @"NSArray";
        }else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFNumber")]){
            type = @"int";
        }else if ([obj isKindOfClass:NSClassFromString(@"__NSCFDictionary")]){
            type = @"NSDictionary";
        }
        
        
        // 属性字符串
        NSString *str;
        if ([type containsString:@"NS"]) {
            str = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, strong) %@ *%@;",type,key];
        }else{
            str = [NSString stringWithFormat:@"@property (nonatomic, assign) %@ %@;",type,key];
        }
        
        // 每生成属性字符串，就自动换行。
        [strM appendFormat:@"\n%@\n",str];
        
    }];
    
    // 把拼接好的字符串打印出来，就好了。
    NSLog(@"%@",strM);
    
}


@end

6.拦截并替换方法

在程序当中，假设XiaoMing的中有test1这个方法，但是由于某种原因，我们要改变这个方法的实现，但是又不能去动它的源代码(正如一些开源库出现问题的时候)，这个时候runtime就派上用场了。
我们先增加一个tool类，然后写一个我们自己实现的方法-change，
通过runtime把test1替换成change。

Class PersionClass = object_getClass([Person class]);
Class toolClass = object_getClass([tool class]);

////源方法的SEL和Method

SEL oriSEL = @selector(test1);
Method oriMethod = class_getInstanceMethod(PersionClass, oriSEL);

////交换方法的SEL和Method

SEL cusSEL = @selector(change);
Method cusMethod = class_getInstanceMethod(toolClass, cusSEL);

////先尝试給源方法添加实现，这里是为了避免源方法没有实现的情况

BOOL addSucc = class_addMethod(PersionClass, oriSEL, method_getImplementation(cusMethod), method_getTypeEncoding(cusMethod));
if (addSucc) {
    // 添加成功：将源方法的实现替换到交换方法的实现
    class_replaceMethod(toolClass, cusSEL, method_getImplementation(oriMethod), method_getTypeEncoding(oriMethod));
    
}else {
    //添加失败：说明源方法已经有实现，直接将两个方法的实现交换即
    method_exchangeImplementations(oriMethod, cusMethod);
}

最后, 几个参数概念
以上的几种方法应该算是runtime在实际场景中所应用的大部分的情况了，平常的编码中差不多足够用了。如果从头仔细看到尾，相信你基本的用法应该会了，虽然会用是主要的目的，有几个基本的参数概念还是要了解一下的。

1.objc_msgSend

/* Basic Messaging Primitives * * On some architectures, use objc_msgSend_stret for some struct return types. * On some architectures, use objc_msgSend_fpret for some float return types. * On some architectures, use objc_msgSend_fp2ret for some float return types. * * These functions must be cast to an appropriate function pointer type * before being called. */

这是官方的声明，从这个函数的注释可以看出来了，这是个最基本的用于发送消息的函数。另外，这个函数并不能发送所有类型的消息，只能发送基本的消息。比如，在一些处理器上，我们必须使用objc_msgSend_stret
来发送返回值类型为结构体的消息，使用objc_msgSend_fpret
来发送返回值类型为浮点类型的消息，而又在一些处理器上，还得使用objc_msgSend_fp2ret来发送返回值类型为浮点类型的消息。最关键的一点：无论何时，要调用objc_msgSend
函数，必须要将函数强制转换成合适的函数指针类型才能调用。从objc_msgSend
函数的声明来看，它应该是不带返回值的，但是我们在使用中却可以强制转换类型，以便接收返回值。另外，它的参数列表是可以任意多个的，前提也是要强制函数指针类型。其实编译器会根据情况在objc_msgSend
,objc_msgSend_stret
,objc_msgSendSuper
, 或objc_msgSendSuper_stret
四个方法中选择一个来调用。如果消息是传递给超类，那么会调用名字带有”Super”
的函数；如果消息返回值是数据结构而不是简单值时，那么会调用名字带有”stret”
的函数。

2.SEL
objc_msgSend
函数第二个参数类型为SEL，它是selector在Objc
中的表示类型（Swift中是Selector类）。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的 ID，而这个 ID 的数据结构是SEL:typedef struct objc_selector *SEL
;其实它就是个映射到方法的C字符串，你可以用 Objc 编译器命令@selector()
或者 Runtime 系统的sel_registerName
函数来获得一个SEL类型的方法选择器。不同类中相同名字的方法所对应的方法选择器是相同的，即使方法名字相同而变量类型不同也会导致它们具有相同的方法选择器，于是 Objc 中方法命名有时会带上参数类型(NSNumber一堆抽象工厂方法)，Cocoa 中有好多长长的方法哦。

3.id
objc_msgSend
第一个参数类型为id，大家对它都不陌生，它是一个指向类实例的指针：typedef struct objc_object *id
;那objc_object又是啥呢：struct objc_object { Class isa; }
;objc_object
结构体包含一个isa指针，根据isa指针就可以顺藤摸瓜找到对象所属的类。PS:isa指针不总是指向实例对象所属的类，不能依靠它来确定类型，而是应该用class方法来确定实例对象的类。因为KVO的实现机理就是将被观察对象的isa指针指向一个中间类而不是真实的类，这是一种叫做 isa-swizzling 的技术，详见官方文档.

4.Class
之所以说isa是指针是因为Class其实是一个指向objc_class结构体的指针：typedef struct objc_class *Class
;objc_class里面的东西多着呢：

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;

可以看到运行时一个类还关联了它的超类指针，类名，成员变量，方法，缓存，还有附属的协议。在objc_class
结构体中：ivars是objc_ivar_list
指针；methodLists
是指向objc_method_list
指针的指针。也就是说可以动态修改*methodLists
的值来添加成员方法，这也是Category实现的原理.

关于runtime的介绍及使用

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读