Runtime API

作者: 一个人在路上走下去 | 来源:发表于2016-01-15 01:01 被阅读1546次

    OC是运行时语言,只有在程序运行时,才会去确定对象的类型,并调用类与对象相应的方法。平时编写的OC代码, 在程序运行过程中, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码, runtime算是OC的幕后工作者。利用runtime机制让我们可以在程序运行时动态修改类、对象中的所有属性、方法,就算是私有方法以及私有属性都是可以动态修改的。

    runtime是属于OC的底层, 可以进行一些非常底层的操作。在程序运行过程中, 动态创建一个类, 动态地为某个类添加属性\方法, 修改属性值\方法,遍历一个类的所有成员变量(属性)\所有方法等。

    相关知识点

    Ivar:定义对象的实例变量,包括类型和名字。
    objc_property_t:定义属性。这个名字可能是为了防止和Objective-C 1.0中的用户类型冲突,那时候还没有属性。
    Method:成员方法。这个类型提供了方法的名字(就是选择器)、参数数量和类型,以及返回值(这些信息合起来称为方法的签名),还有一个指向代码的函数指针(也就是方法的实现)。
    SEL:定义选择器。选择器是方法名的唯一标识符,我理解它就是个字符串。

    简单代码实现

    1.示例结构

    示例结构

    首先定义了一个继承NSObject的测试类RC,里面是一些简单的属性,方法。
    .h文件

    #import <Foundation/Foundation.h>
    
    @interface RC : NSObject
    @property (nonatomic,copy) NSString *icon;
    @property (nonatomic,copy) NSString *intro;
    @property (nonatomic,copy) NSString *name;
    
    - (instancetype)initWithDic:(NSDictionary *)dic;
    + (instancetype)testWithDic:(NSDictionary *)dic;
    
    + (NSArray *)testsList;
    @end
    

    .m文件

    #import "RC.h"
    
    @implementation RC
    - (instancetype)initWithDic:(NSDictionary *)dic
    {
    if (self = [super init]) {
        [self setValuesForKeysWithDictionary:dic];
    }
    return self;
    }
    
    + (instancetype)testWithDic:(NSDictionary *)dic
    {
    return [[self alloc] initWithDic:dic];
    }
    
    + (NSArray *)testsList
    {
    //加载plist
    NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"test" ofType:@"plist"];
    NSArray *dicArray = [NSArray arrayWithContentsOfFile:path];
    
    //字典转模型
    NSMutableArray *tmpArray = [NSMutableArray array];
    for (NSDictionary *dic in dicArray) {
        RC *test = [RC testWithDic:dic];
        [tmpArray addObject:test];
    }
    return tmpArray;
    }
    @end
    

    从storyboard里拖一个按钮,关联到viewController里。
    viewController.m文件简单代码:

    #import "ViewController.h"
    #import <objc/runtime.h>
    #import "RC.h"
    
    @interface ViewController ()
    
    - (IBAction)btn:(UIButton *)sender;
    
    @end
    
    @implementation ViewController
    
    - (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    }
    
    - (void)didReceiveMemoryWarning {
    [super didReceiveMemoryWarning];
    }
    
    - (IBAction)btn:(UIButton *)sender {
    [[self class] printMethodList];
    }
    
    + (void)printIvarList
    {
    u_int count;
    Ivar *ivarlist = class_copyIvarList([RC class], &count);
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        const char *ivarName = ivar_getName(ivarlist[i]);
        NSString *strName  = [NSString stringWithCString:ivarName encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"ivarName:%@", strName);
    }
    }
    
    + (void)printPropertyList
    {
    u_int count;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([RC class], &count);
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        const char *propertyName = property_getName(properties[i]);
        NSString *strName  = [NSString stringWithCString:propertyName encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"propertyName:%@", strName);
    }
    }
    
    + (void)printMethodList
    {
    u_int count;
    Method *methods = class_copyMethodList([RC class], &count);
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        SEL methodName = method_getName(methods[i]);
        NSString *strName  = [NSString stringWithCString:sel_getName(methodName) encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"methodName:%@", strName);
    }
    }
    @end
    

    因为代码很简单,就不上传项目了。大家可以看到,上面最主要的就是取变量,属性和方法的三个方法:printIvarList,printPropertyList,printMethodList。分别执行每个方法,便能得到RC这个测试类的相关结果。

    下面,我们测试下:
    执行printIvarList方法,我们会得到下面的结果。


    变量名

    执行printPropertyList方法,我们会得到下面的结果。

    属性名

    执行printMethodList方法,我们会得到下面的结果。

    方法名

    看完上面的结果,以前不太明了的变量和属性的区别是不是一目了然了。

    程序中self.name其实是调用的name属性的getter/setter方法,_name是实例变量。在oc中点表达式其实就是调用对象的setter和getter方法的一种快捷方式。

    在ios第一版中,我们为输出需要同时声明了属性和底层实例变量,那时,属性是oc语言的一个新的机制,并且要求你必须声明与之对应的实例变量。苹果将默认编译器从GCC转换为LLVM(low level virtual machine),从此不再需要为属性声明实例变量了。如果LLVM发现一个没有匹配实例变量的属性,它将自动创建一个以下划线开头的实例变量。因此,我们不再为输出而声明实例变量。

    在方法名的结果中我们可以看到,打印出的方法有三个属性的getter/setter方法和一个实例方法,class_copyMethodList只能得到成员方法的。但是有个奇怪的方法<code>methodName:.cxx_destruct</code>,这个是什么呢?

    .cxx_destruct方法

    通过apple的runtime源码,不难发现NSObject执行dealloc时调用_objc_rootDealloc继而调用object_dispose随后调objc_destructInstance方法,前几步都是条件判断和简单的跳转,最后的这个函数如下:

    void *objc_destructInstance(id obj) 
    {
    if (obj) {
        Class isa_gen = _object_getClass(obj);
        class_t *isa = newcls(isa_gen);
    
        // Read all of the flags at once for performance.
        bool cxx = hasCxxStructors(isa);
        bool assoc = !UseGC && _class_instancesHaveAssociatedObjects(isa_gen);
    
        // This order is important.
        if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
        if (assoc) _object_remove_assocations(obj);
    
        if (!UseGC) objc_clear_deallocating(obj);
    }
    
    return obj;
    }
    

    简单明确的干了三件事:
    1.执行一个叫object_cxxDestruct自动释放实例变量
    2.执行_object_remove_assocations去除和这个对象assocate的对象(常用于category中添加带变量的属性,这也是为什么ARC下没必要remove一遍的原因)
    3.执行objc_clear_deallocating,清空引用计数表并清除弱引用表,将所有weak引用指nil(这也就是weak变量能安全置空的所在)

    名为object_cxxDestruct的方法最终成为下面的调用:

    static void object_cxxDestructFromClass(id obj, Class cls)
    {
    void (*dtor)(id);
    
    // Call cls's dtor first, then superclasses's dtors.
    
    for ( ; cls != NULL; cls = _class_getSuperclass(cls)) {
        if (!_class_hasCxxStructors(cls)) return; 
        dtor = (void(*)(id))
            lookupMethodInClassAndLoadCache(cls, SEL_cxx_destruct);
        if (dtor != (void(*)(id))_objc_msgForward_internal) {
            if (PrintCxxCtors) {
                _objc_inform("CXX: calling C++ destructors for class %s", 
                             _class_getName(cls));
            }
            (*dtor)(obj);
        }
    }
    }
    

    沿着继承链逐层向上搜寻SEL_cxx_destruct这个selector,找到函数实现(void (*)(id)(函数指针)并执行。搜索这个selector的声明,发现是名为.cxx_destruct的方法,以点开头的名字,和unix的文件一样,是有隐藏属性的。

    .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。

    经过几次试验,发现:
    1.只有在ARC下这个方法才会出现
    2.只有当前类拥有实例变量时(不论是不是用property)这个方法才会出现,且父类的实例变量不会导致子类拥有这个方法
    3.出现这个方法和变量是否被赋值,赋值成什么没有关系

    结论

    .cxx_destruct是编译器生成的代码,在.cxx_destruct进行形如objc_storeStrong(&ivar, null)的调用后,这个实例变量就被release和设置成nil了。ARC下对象的成员变量于编译器插入的.cxx_desctruct方法自动释放。

    更多有趣好玩的东西,我们下次再聊。

    这就是脑洞大开吧

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