Runtime的几点用法总结

作者: 懒得起名的伊凡 | 来源:发表于2015-10-15 16:08 被阅读769次

Objective-C是一门动态（运行时）语言。它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了运行时候来做，这就使得我们写代码时候更具灵活性，如可以把消息转发给我们想要的对象，或者随意交换一个方法的实现等。这就意味着Objective-C不仅需要一个编译器，还需要一个运行时系统来执行编译代码，即使Objc Runtime。
所做的事

在这个库中，对象使用C语言中的结构体表示，方法使用C函数来实现。这些结构体和方法，在被runtime函数封装之后，我们就可以在运行时创建，检查，修改类、对象和他们的方法了。
找出方法的最终执行代码 runtime 根据消息接受者是否能响应该消息而做出不同的反应。

给类别`Category`添加属性

比如说我们需要在类别中添加一个 NSString 类型的属性，直接在 .h 文件添加 @property(nonatomic,copy) NSString *categoryProperty;,这时候使用点语法进行调用的话，程序会出现crash错误：Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[ViewController setCategoryProperty:]: unrecognized selector sent to instance 0x7ff661e43dd0'。这种状况的原因其实很简单，只是没有实现setter和getter方法而已，所以我们的问题就转为实现setter 和 getter方法。
一言不合就要上代码了，主要记录两种类型数据的处理方式。例子为给UIImage添加了两个属性，没什么具体含义，主要记录用法：

//.h
#import <UIKit/UIKit.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface UIImage (JYAdd)

@property(nonatomic,strong) NSString *name;
@property(nonatomic,assign) CGFloat add;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

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

@implementation UIImage (JYAdd)
#pragma mark - 添加属性

- (void)setName:(NSString *)name
{
    [self willChangeValueForKey:NSStringFromSelector(@selector(name))];
    objc_setAssociatedObject(self, _cmd, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
    [self didChangeValueForKey:NSStringFromSelector(@selector(name))];
}

- (NSString *)name
{
    return objc_getAssociatedObject(self, @selector(setName:));
}

- (void)setAdd:(CGFloat)add
{
    [self willChangeValueForKey:NSStringFromSelector(@selector(add))];
    
    //区别在这里，区别在这里
    NSValue *value = [NSValue value:&add withObjCType:@encode(CGFloat)];
    objc_setAssociatedObject(self, _cmd, value, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
    
    [self didChangeValueForKey:NSStringFromSelector(@selector(add))];
}

- (CGFloat)add
{
    CGFloat cValue = {0};
    NSValue *value = objc_getAssociatedObject(self, @selector(setAdd:));
    [value getValue:&cValue];
    return cValue;
}

@end

参考了YY的实现，直接使用YY的宏定义其实也挺好的啊，代码不贴了，反正也有。

利用runtime来替换已有的系统方法

例子，初始化UIImage的时候，在不同的系统版本中添加不同的风格的切图，怎么就是和UIImage过不去了。

//.h
#import <UIKit/UIKit.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface UIImage (JYAdd)
/*!
 @brief 如果调用这个，其实调用的是原来系统的方法，因为他两交换了实现
 
 @note 为防止误用，可以不声明该方法
 */
+ (nonnull UIImage *)jy_imageNamed:(NSString *)name;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

//.m


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

@implementation UIImage (JYAdd)

+ (void)load
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        
        SEL originalSelector = @selector(imageNamed:);
        SEL swizzledSelector = @selector(jy_imageNamed:);
        /*
         //实例方法
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
        */
        
        //类方法
        Method originalMethod = class_getClassMethod(class, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getClassMethod(class, swizzledSelector);
        
        //有就不添加了，没有就添加。有则改之无则加勉吧。
        class_addMethod(class, originalSelector, class_getMethodImplementation(class, originalSelector), method_getTypeEncoding(originalMethod));
        
        class_addMethod(class, swizzledSelector, class_getMethodImplementation(class, swizzledSelector), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        
        //交换他两的实现
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);

    });
}

#pragma mark - 交换系统方法

+ (nonnull UIImage *)jy_imageNamed:(NSString *)name
{
    /*!
     在这里实现我们所需要做的操作
     */
    double systemVersion = [[[UIDevice currentDevice]systemVersion]floatValue];
    if (systemVersion >= 9.0) {
        name = [name stringByAppendingString:@"_os"];
    }
    
    UIImage *image = [UIImage jy_imageNamed:name];//这个地方很关键
    return  image;
}
@end

方法+ (void)load不是这里的重点，简单知道一下：一般情况下，类别中的方法会重写掉主类里面相同命名的方法，但+load:是个特例，当一个类被读到内存的时候，runtime会给这个类以及他的每一个类别都发送一个 +load:消息（知道这一点很重要）。。
Note：注意交换方法只能执行一次，不要总是执行，load的意义在这儿也有体现的。

还有一点是，尝试添加原 selector 是为了做一层保护，因为如果这个类没有实现 originalSelector ，但是其父类实现了，那么 class_getInstanceMethod 返回的将是父类的方法。这样就导致了 method_exchangeImplementations 替换的是父类的方法。所以先尝试添加 originalSelector ，如果已经存在，再用 method_exchangeImplementations 把原来的方法的实现交换成新方法的实现。

可以借用了大神 @sunnyxx的开源项目 FDFullscreenPopGesture来理解该方面，感谢。

实现自动归档和自动解档

其实归档的实现很简单，只不过就是实现协议<NSCoding>，需要说明一点的是：** 实现了 ‘NSCoding’协议，就可以支持数据类和数据流间的编码和解码，而数据流可以持久化到硬盘。**所以，这就有趣了。
我怎么那么喜欢上代码，哈哈


//.h
#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface JYEncodeModel : NSObject<NSCoding>

@property(nonatomic,strong) NSString *name;
@property(nonatomic,assign) int age;
@property(nonatomic,assign) NSRange range;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

//.m
#import "JYEncodeModel.h"
#import "NSObject+JYEncode.h"

NSString *const kEncodeName = @"name";
NSString *const kEncodeAge = @"age";
NSString *const kEncodeRange = @"range";

@implementation JYEncodeModel

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    self = [super init];
    if (self) {
        _name = [aDecoder decodeObjectForKey:kEncodeName];
        _age = [aDecoder decodeIntForKey:kEncodeAge];
        _range = [[aDecoder decodeObjectForKey:kEncodeRange] rangeValue];
    }
    return self;
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    [aCoder encodeObject:self.name forKey:kEncodeName];
    [aCoder encodeInt:self.age forKey:kEncodeAge];
    [aCoder encodeObject:[NSValue valueWithRange:self.range] forKey:kEncodeRange];
}

@end

可问题在于，像这样只有三个属性需要我们，可以这样写，那如果有三十个属性呐，身为一个会偷懒的猴子自然要找点版本偷懒了，所以，我又要写代码了

//.h
#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface JYEncodeModel : NSObject<NSCoding>

@property(nonatomic,strong) NSString *name;
@property(nonatomic,assign) int age;
@property(nonatomic,assign) NSRange range;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

//.m
#import "JYEncodeModel.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation JYEncodeModel

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    self = [super init];
    if (self) {
            unsigned int count = 0;
            Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
            for (int i = 0; i < count; i++) {
                Ivar ivar = ivars[i];
                const char *name = ivar_getName(ivar);
                NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
                id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
                [self setValue:value forKey:key];
            }
            free(ivars);
    }
    return self;
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *name = ivar_getName(ivar);
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
        id value = [self valueForKey:key];
        [aCoder encodeObject:value forKey:key];
    }
    free(ivars);
}

@end

简化一下使用方式

而这样每一个模型类都要写着无聊的代码，而大部分类都是继承自NSObject，所以，我们可以实现一个NSObject类别来专门做这件事。

//.h

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSObject (JYEncode)

- (instancetype)jy_initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder;
- (void)jy_encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder;

@end

//.m

#import "NSObject+JYEncode.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation NSObject (JYEncode)

- (instancetype)jy_initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    if (!aDecoder) return self;
    if (self == (id)kCFNull) return self;
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        //取出i对应位置的成员变量
        Ivar ivar = ivars[i];
        //查看成员变量
        const char *name = ivar_getName(ivar);
        //归档
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
        id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
        //设置到成员变量身上
        [self setValue:value forKey:key];
    }
    free(ivars);
    return self;
}

- (void)jy_encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    if (!aCoder) return;
    if (self == (id)kCFNull) {
        [((id<NSCoding>)self)encodeWithCoder:aCoder];
        return;
    }
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &count);
    
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *name = ivar_getName(ivar);
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:name];
        id value = [self valueForKey:key];
        [aCoder encodeObject:value forKey:key];
    }
    free(ivars);
}

@end

这样在使用的时候只需要简单的引用一下就可以了，为了验证可行性，每种类型的数据我都添加了一个，事实证明是可以的

//.h

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "JYEncodeSubModel.h"

/*!
 实现 ‘NSCoding’协议，支持数据类和数据流间的编码和解码，而数据流可以持久化到硬盘。 
 */
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface JYEncodeModel : NSObject<NSCoding>

@property(nonatomic,strong) NSString *name;
@property(nonatomic,assign) int num;
@property(nonatomic,assign) NSRange range;
@property(nonatomic,strong) NSDate *date;

@property(nonatomic,strong) NSDictionary *dict;
@property(nonatomic,strong) NSArray *array;

@property(nonatomic,strong) JYEncodeSubModel *subModel;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

//.m

#import "JYEncodeModel.h"
#import "NSObject+JYEncode.h"
@implementation JYEncodeModel

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    return [self jy_initWithCoder:aDecoder];
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    [self jy_encodeWithCoder:aCoder];
}

@end


//附上JYEncodeSubModel的内容

//.h
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface JYEncodeSubModel : NSObject<NSCoding>

@property(nonatomic,strong) NSString *subName;

@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

//.m
#import "JYEncodeSubModel.h"
#import "NSObject+JYEncode.h"
@implementation JYEncodeSubModel

- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
    return [self jy_initWithCoder:aDecoder];
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
    [self jy_encodeWithCoder:aCoder];
}

@end

所以，尽情添加吧，我自岿然不动。

实现模型类的转化

其实原理很简单，就是遍历模型中属性的名字，去数据字典中取值，如果取到就进行赋值。

消息转发

objc_msgSend方法的使用

objc_msgSend(receiver,selector)

或者传入参数

objc_msgSend(receiver,selector,arg1,arg2,...)

当一个message被发送给object，会根据object的isa 指针找到类结构里的方法，如果不能找到，一直顺着父类寻找该方法的实现，直到NSObject类。

为加快速度，runtime system 会缓存使用过的selector和方法地址。

通过object的isa指针找到他的class
在class的method_list中找到方法
如果class中没有找到方法，继续往superclass中查找
一旦找到这个函数，执行对应的方法实现（IMP）
找不到 Dynamic Method Resolution(动态方法决议) 如果是实例方法，调用+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel,如果是类方法，调用+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel，这样可以让程序在运行时动态的为一个selector提供实现。如果返回YES，运行时系统会重启一次消息的发送过程，调动动态添加方法。

      + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
      {
          if (sel == @selector(foo)) {
              class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodIMP, "V@:");
          }
          return [super resolveInstanceMethod:sel];
      }

      void dynamicMethodIMP(id self,SEL _cmd){
          NSLog(@"%s",__PRETTY_FUNCTION__);
      }

      + (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
      {
          return [super resolveClassMethod:sel];
      }

Note：Objective-C的方法本质上是一个至少包含了两个参数（id self,SEL _cmd)的C函数。

Message Forwarding（消息转发）
分两步：
1、首先运行时系统会调用- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，如果这个方法中返回的不是nil或者self，运行时系统将把消息发送给返回的那个对象
2、如果- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector返回的是nil或者self，运行时系统首先会调用- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector方法来获得方法签名，方法签名记录了方法的参数和返回值的信息，如果－methodSignatureForSelector 返回的是nil, 运行时系统会抛出unrecognized selector exception，程序到这里就结束了

      - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
      {
          NSMethodSignature *signature =[super methodSignatureForSelector:aSelector];
          if (!signature) {
              //获取指定对象的方法签名
              signature = [target methodSignatureForSelector:aSelector];
          }
    
          return signature;
      }

      - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
      {
          //检测target是否实现来该方法
          if ([target respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
              //如果实现了，在这儿将方法分发到对象中去 。可利用这个实现多重代理
              [anInvocation invokeWithTarget:target];
          }
      }

      - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
      {
          return nil;
      }

或者


// 第一步：我们不动态添加方法，返回NO，进入第二步；
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    return NO;
}

// 第二部：我们不指定备选对象响应aSelector，进入第三步；
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    return nil;
}

// 第三步：返回方法选择器，然后进入第四部；
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector 
{
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"sing"]) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

// 第四部：这步我们修改调用对象
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation 
{
    // 我们改变调用对象为People
    NewClass *newTarget = [[NewClass alloc] init];
    [anInvocation invokeWithTarget:newTarget];
}

流程图：

Runtime的几点用法总结

给类别`Category`添加属性

利用runtime来替换已有的系统方法

实现自动归档和自动解档

简化一下使用方式

实现模型类的转化

消息转发

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