runtime入门系列之——方法替换

初级 iOS 程序猿在实际项目开发中，很少有机会需要主动用到 runtime 相关的东西。

之前面试了不少同学，当我问"请说说你对 iOS 中 runtime 的理解" 时就懵逼了。其实作为小面试官，我也是很尴尬的。你简历上期望薪资都写 15k 了，那总不能指望面试一个小时，我都只跟你聊如何写界面吧？

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我觉得当我问面试者：

"什么是 runtime ?"

这个问题时，如果能在以下三个方面做个简单的阐述，我觉得就基本合格了。

一、runtime 是什么？

• 首先 OC 是 C 语言的超集，因为 runtime 这个库使得C语言有了面向对象的能力：
  OC 对象可以用C语言中的结构体表示，而方法可以用C函数来实现，这些结构体和函数被 runtime 函数封装后，我们就可以在程序运行时创建，检查，修改类、对象和它们的方法了。

• OC 是一门动态语言，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来处理。
  这种特性意味着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的代码。这个运行时系统即Objc Runtime。Objc Runtime基本上是用C和汇编写的。
  参考 南峰子： Objective-C Runtime 运行时之一：类与对象

二、runtime 有什么用？

• 我们写的代码在程序运行过程中都会被转化成 runtime 的C代码执行
  OC的类、对象、方法在运行时，最终都转换成 C语言的 结构体、函数来执行。
  可以在程序运行时创建，检查，修改类、对象和它们的方法。

• 常用于：
  - 获取类的方法列表/参数列表；
  - 方法调用；
  - 方法拦截、动态添加方法；
  - 方法替换： method swizzling
  - 关联对象，动态添加属性；

三、runtime 怎么用？

或者，说说你具体在项目中哪些地方用到过 runtime ？

• runtime 的 API 提供了大量的函数来操作类和对象，如：

  • 动态替换方法的实现、方法拦截：class_replaceMethod
  • 获取对象的属性列表：class_copyIvarList
  • 获取对象的方法列表： class_copyMethodList
  • 动态添加属性: class_addProperty
  • 动态添加方法： class_addMethod
  • 获取方法名： method_getName
  • 获取方法的实现： class_getMethodImplementation

• 具体应用：

  • 给 category 添加属性：
    给 UIAlertView 加 block 回调
  • 给系统的方法做替换，插入代码：
    替换 viewDidLoad 方法的实现，NSLog 出每一个出现页面的类名

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「方法替换」demo:

声明一个People类

@interface People : NSObject
- (void)run;
@end

@implementation People
- (void)run {
    NSLog(@"People run");
}
@end

实现替换的方法

@implementation ViewController

// demo 是在当前类直接定义了一个方法，也可以用代码动态生成一个方法
- (void)runFast {
    NSLog(@"People run fast");
}

/
 *  替换 People 类中 run 方法的实现
 */
- (void)replacePeopleRunMethod {
    
    Class peopleClass = NSClassFromString(@"People");
    SEL peopleRunSel = @selector(run);
    Method methodRun = class_getInstanceMethod(peopleClass, peopleRunSel);
    // 获取 run 方法的参数 （包括了 parameter and return types）
    char *typeDescription = (char *)method_getTypeEncoding(methodRun);
    
    // 获取 runFast 方法的实现
    IMP runFastImp = class_getMethodImplementation([self class], @selector(runFast));
    
    // 给 People 新增 runFast 方法，并指向的当前类中 runFast 的实现
    class_addMethod(peopleClass, @selector(runFast), runFastImp, typeDescription);
    
    // 替换 run 方法为 runFast 方法
    class_replaceMethod(peopleClass, peopleRunSel, runFastImp, typeDescription);
}
@end

调用

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    People *p1 = [[People alloc] init];
    [p1 run];
    
    [self replacePeopleRunMethod];
    [p1 run];
}

输出如下：

2016-07-02 18:11:26.707 RuntimeDemo[26972:1726702] People run
2016-07-02 18:11:26.712 RuntimeDemo[26972:1726702] People run fast

注意，这里的方法替换是永久性的，只要程序不退出，以后无论在任何地方调用[p1 run]都只会调用runFast的实现。

而且，method swizzling 方法并不适合写在这里，通常写在 + (void)load方法中，并且用 dispatch_once 来进行调度。至于为什么，可以参考Objective-C +load vs +initialize。

相关注释：

    // Method : 包含了一个方法的  方法名 + 实现 + 参数个数及类型 + 返回值个数及类型 等信息
    // class_getInstanceMethod : 通过类名 + 方法名 获取一个 Method
    // class_getMethodImplementation: 类名 + 方法名
    // class_addMethod: 类名 + 方法名 + 方法实现 + 参数信息
    // class_replaceMethod : 类型 + 替换的方法名 + 替换后的实现 + 参数信息

以上 demo 只是简单的在当前类ViewController中，定义了一个runFast方法，并用其替换了People 类中run方法的实现。

这里需要先用 class_addMethod，而不是直接用class_replaceMethod，是为了做一层保护，因为如果 People 类没有实现 run 方法 ，但其父类实现了，那 class_getInstanceMethod 会返回父类的方法。
这样 method_exchangeImplementations 替换的是父类的那个方法，这当然不是你想要的。
所以我们先尝试添加 runFast方法，如果已经存在，就用 method_exchangeImplementations 把原方法的实现跟新的方法实现给交换掉。否则用class_replaceMethod来替换。

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「方法替换」常规写法

上文 demo 中的写法，只是实现了方法替换的效果，但真正在项目中用的时候会存在一些问题，如调用时机、调用次数、替换失败等问题，所以，一般实战中写法如下：

#import "UIViewController+Logging.h"
#import <objc/runtime.h>

@implementation UIViewController (Logging)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class targetClass = [self class];
        SEL originalSelector = @selector(viewDidAppear:);
        SEL swizzledSelector = @selector(swizzled_viewDidAppear:);
        swizzleMethod(targetClass, originalSelector, swizzledSelector);
    });
}

void swizzleMethod(Class class, SEL originalSelector, SEL swizzledSelector) {
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);
    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);
    
    IMP swizzledImp = method_getImplementation(swizzledMethod);
    char *swizzledTypes = (char *)method_getTypeEncoding(swizzledMethod);
    
    IMP originalImp = method_getImplementation(originalMethod);
    
    char *originalTypes = (char *)method_getTypeEncoding(originalMethod);
    BOOL success = class_addMethod(class, originalSelector, swizzledImp, swizzledTypes);
    if (success) {
        class_replaceMethod(class, swizzledSelector, originalImp, originalTypes);
    }else {
        // 添加失败，表明已经有这个方法，直接交换
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }
}

- (void)swizzled_viewDidAppear:(BOOL)animation {
    [self swizzled_viewDidAppear:animation];
    NSLog(@"%@ viewDidAppear", NSStringFromClass([self class]));
}

@end

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扩展 —— 用 Aspects 实现方法替换

上边 demo 中写了一大堆 runtime 的 api 在代码里，即不好阅读，也不便于维护。

这里有现成的方案：一个基于 swizzling method 的开源框架 Aspects 。

用 Aspects 来实现上文 demo 如下：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    People *p1 = [[People alloc] init];
    [p1 run];   
      
    [People aspect_hookSelector:@selector(run) withOptions:AspectPositionInstead usingBlock:^(id<AspectInfo> aspectInfo) {
        NSLog(@"People aspect run fast");
    } error:nil];

    [p1 run];

输出：

2016-07-02 18:16:38.039 RuntimeDemo[26994:1730239] People run
2016-07-02 18:16:38.043 RuntimeDemo[26994:1730239] People aspect run fast

需要注意的是 Aspects 的 aspect_hookSelector: 方法中，AspectOptions参数决定了方法替换的时机：

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, AspectOptions) {
    AspectPositionAfter   = 0,            /// 原方法调用后 (default)
    AspectPositionInstead = 1,            /// 完全替换原方法
    AspectPositionBefore  = 2,            /// 原方法调用前
    AspectOptionAutomaticRemoval = 1 << 3 /// 在执行一次替换的方法后，就移除替换效果
    };

Aspects帮我们封装了 method swizzling的过程，剩下的只管用就行了。

本文 demo 代码 戳这里

水平有限，有错误的地方，欢迎指正！